MXPA02002109A

MXPA02002109A - Cuerpos de mullita y metodos para formar cuerpos de mullita.

Info

Publication number: MXPA02002109A
Application number: MXPA02002109A
Authority: MX
Inventors: Sten A Wallin
Original assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-09-18
Also published as: KR100692114B1; US20020014723A1; ES2200923T3; DE60005203D1; JP2003508329A; JP5068909B2; BR0013566A; US6596665B2; CN1371343A; ATE249400T1; CA2382312C; EP1218311A1; US6306335B1; CN1213961C; AU7062000A; DE60005203T2; CA2382312A1; EP1218311B1; KR20020037040A; BR0013566B1

Abstract

Una composicion de mullita se comprende sustancialmente de granos de mullita que esencialmente se ligan quimicamente en donde la composicion tiene al menos dos regiones adyacentes que tienen microestructuras sustancialmente diferentes. La composicion puede producirse al formar una mezcla de uno o mas compuestos precursores que tienen los elementos presentes en mullita; formar la mezcla en una forma verde porosa aplicando un agente de control de nucleacion a una parte de la forma verde porosa y despues calentar la forma verde porosa bajo una atmosfera y a una temperatura suficiente para formar la composicion de mullita.

Description

tftíff OS DE M ULLITA Y M ÉTODOS PARA FORMAR C UERPOS DE M U LLITA La invención se refiere a cuerpos de mullita y al método para formar cuerpos de mullita. Los cuerpos cerámicos porosos se han utilizado en un amplio rango de aplicaciones, tales como soportes de catalizador, soportes de filtración , dispositivos de filtración , y aislamiento térmico de alta temperatura. Los cuerpos cerámicos porosos se elaboran generalmente al formar un cuerpo de polvos cerámicos y después calentar el cuerpo a una temperatura suficiente para formar un cuerpo monol ítico poroso uniforme. En la formación de filtros que utilizan cerámicos, típicamente , se forma un cuerpo cerámico particulado. El cuerpo se calienta así a una temperatura para aglutinar ligeramente las partículas en un cuerpo monolítico uniforme (es decir, dar al cuerpo suficiente resistencia, mientras que todavía se tiene suficiente porosidad para permitir el paso útil de líquido o un gas) . En el cuerpo ligeramente aglutinado, una capa discrim inante delgada (es decir, una capa que tiene un tamaño de poro más pequeño que el cuerpo ligeramente aglutinado) de un material diferente se aplica a una superficie del cuerpo. Por ejemplo, una dispersión de partículas de cerámico coloidal que se aglutina a temperatura más baja se aplica a un cuerpo ya aglutinado ligeramente y este cuerpo revestido se calienta nuevamente para aglutinar las partículas de coloide para formar un revestimiento unido al cuerpo ligeramente aglutinado. Casi nunca se utiliza una etapa de a§Wífc*?af ¡rón debido a la fisuración como resultado del soporte y la capa discrim inante que tienen comportamiento de arrugamiento significativamente diferente durante la aglutinación (por ejemplo, la velocidad de arrugamiento y temperatura cuando el arrugamiento ocurre primero). Recientemente, Moyer, er al. , describen la formación de una mullita (cerámico que tiene una química que varía de 3AI2O3»Si?2 a 3AI2O3«2SiO2) en un filtro (Patentes de E. U . Nos. 5, 1 94, 1 54 y 5, 198,007) . Moyer, et al. , describen un filtro monolítico de grandes cristalitos filamentarios de mullita y filtro de mullita que tienen una capa discrim inante aplicada por separado, tal como un revestimiento de alumina coloidal aglutinado, un compuesto orgánico polimérico o una criba molecular (por ejemplo, zeolitas) . El proceso para agregar una capa discriminante separada a un cerámico poroso (por ejemplo, mullita porosa) requiera etapas agregadas (por ejemplo, dos o más etapas de calentamiento) . Esto, a su vez, puede aumentar la posibilidad de daño debido al manejo y exfoliación de la capa discriminante como resultado de los coeficientes de unión insuficiente y expansión térmica desajustada . Todo esto conduce generalmente a un aumento del costo del filtro y productos similares. De acuerdo con lo anterior, sería deseable proporcionar tanto un método de formación y un filtro cerámico como un producto similar que supere uno o más de los problemas de la técnica anterior, tal como uno de aquellos anteriormente descritos. U n primer aspecto de la presente invención es un método para J -prep ^tr una composición de mullita, comprendiendo el método, a) formar una mezcla de uno o más compuestos precursores que tienen los elementos presentes en mullita. b) formar la mezcla en una forma verde porosa, c) aplicar un agente de control de nucleación a una parte de la forma verde porosa y d) calentar la forma verde porosa de la etapa (c) bajo una atmósfera y a una temperatura suficiente para formar una composición de mullita comprendida sustancialmente de granos de mullita que esencialmente se ligan químicamente, en donde la composición tiene a l menos dos regiones adyacentes que tienen microestructuras sustancialmente diferentes. Sorprendentemente, el presente método permite la formación in situ de una capa discriminante delgada que tiene un tamaño de poro más pequeño que el volumen de la composición de mullita . Él método sorprendentemente, también es capaz de formar composiciones de mullita que tienen regiones alternantes de mícroestructura diferente en una o más direcciones a lo largo de la composición. U n segundo aspecto de la invención es una composición de mullita comprendida sustancialmente de granos de mullita que esencialmente se ligan qu ímicamente, en donde la composición tiene al menos dos regiones adyacentes que tienen microestructuras sustancialmente diferentes y al menos una región se comprende de cristalitos filamentarios de mullita . El cuerpo de mullita de la presente invención puede utilizarse en aplicación adecuada para mullita . En particular, el cuerpo de mullita puede utilizarse en aplicaciones que requieren un cuerpo que tiene dos o más regiones de microestructura diferente. Los ejemplos incluyen filtros, refractarios, aislantes eléctricos y térmicos, catalizadores y soportes de catalizador. La Figura 1 es una micrografía electrónica de exploración (magnificación de 60x) de una composición de mullita de esta invención elaborada utilizando un agente de control de nucleación particulado de mullita. La Figura 2 es una micrografía electrónica de exploración (magnificación de 60x) de una composición de mullita no de esta invención elaborada en la ausencia de cualquier agente de control de nucleación. La Figura 3 es una micrografía electrónica de exploración (magnificación de 50x) de una composición de mullita de esta invención elaborada utilizando un agente de control de nucleación particulado de mullita . La Figura 4 es una micrografía electrónica de exploración (magnificación de 250x) de una composición de mullita de esta invención elaborada utilizando un agente de control de nucleación particulado de mullita. La composición de mullita se comprende sustancialmente de granos de mullita . "Comprendida sustancialmente de granos de mullita" significa que al menos 90 por ciento de la composición en volumen se comprende de granos de mullita. Preferentemente, los granos de mullita comprenden al menos 95 por ciento, más preferentemente al menos 98 por h * á¿¿t¿i^aigti¿i^¡ cienfo afn más preferentemente al menos 99 por ciento en volumen de la composición y más preferentemente esencialmente toda la composición es de granos de mullita. La composición de mullita puede contener un material de relleno además de los granos de mullita. El material de relleno es un compuesto que no forma mullita y falla al reaccionar sustancialmente con mullita. Los ejemplos de materiales de relleno incluyen grafito , metales (por ejemplo, metales nobles) , óxidos de metal (por ejemplo, óxido de cerio) y sulfuros de metal (por ejemplo, disulfuro de molibdeno) . Esencialmente, todos los granos de la composición de mullita se ligan químicamente a otros granos de mullita del cuerpo. Esto significa que a lo más 1 por ciento en volumen de los granos de mullita falla al ligarse químicamente a otros granos de mullita. Preferentemente , esencialmente todos los granos de mullita se ligan qu ímicamente . Generalmente, el ligado químicamente, es cuando los granos se aglutinan o se fusionan juntos. La unión química de los granos entre sí permite el cuerpo de mullita, a pesar de ser poroso, tener una suficiente resistencia para sobrevivir las condiciones de operación , por ejemplo, de un filtro. La estoiquiometría de los granos de mullita del cuerpo puede ser cualquier estoiquiometría adecuada que varía de 3AI2O3»SiO2 a 1 .3AI2O3«SiO2 (es decir, 3 a 1 .3) . Preferentemente, la estoiquiometría es a lo más 2.5, más preferentemente a lo más 2.25 y más preferentemente a lo más 2. 1 a preferentemente al menos 1 .4, más preferentemente al menos 1 .5 y más preferentemente al menos 1 .6. Una modalidad más preferida es una mullita que tiene una estoiquiometría de AI2O3 a SiO2 de 1 .6 a 1 .85.

La ÍÍb$|u¡ometría puede determinarse por cualquier método adecuado tales como aquellos conocidos en la materia (por ejemplo, difracción de rayos X o difracción electrónica) . Los granos pueden tener cualquier morfología que la mul ta puede asumir, siempre que algunos de los granos sean cristalitos filamentarios. En otras palabras, al menos una región se comprende de cristalitos filamentarios. "Cristalitos filamentarios" significa ios granos que tienen una proporción de aspecto de más de 2 (por ejemplo, la longitud dos veces más grande que la amplitud) . Generalmente, al menos una de las regiones se comprende de cristalitos filamentarios que tienen una proporción de aspecto promedio mayor a 1 0. Preferentemente , todas las regiones en el cuerpo de mullita se comprenden de cristalitos filamentarios . El cuerpo de mullita tam bién tiene al menos dos regiones adyacentes que tienen microestructuras sustancialmente diferentes Las "microestructuras diferentes" significa que una de las regiones adyacentes tiene al menos una característica seleccionada del tamaño de poro promedio, morfolog ía de grano (por ejemplo, proporción de aspecto promedio) , tamaño de grano (por ejemplo, diámetro esférico equivalente) y la densidad que es al menos 50 por ciento diferente, más preferentemente al menos 100 por ciento, aún más preferentemente al menos 500 por ciento y más preferentemente al menos 1 000 por ciento diferente. Cada una de las características puede determinarse por una técnica adecuada, tales como aquellas conocidas en la materia (por ejemplo, microscopía electrónica de secciones pulidas) .

/ - • Generalmente, una región es un volumen de la composición que es fácilmente aparente, tal como un volumen que tiene dimensiones en al menos dos direcciones ortogonales entre sí y al menos 10 veces más que el tamaño más pequeño de grano de diámetro esférico equivalente promedio de la composición entera. U n ejemplo de una región es una capa sobre la superficie de una composición (por ejemplo, capa discriminante). Las regiones diferentes adyacentes pueden tener sorprendentemente una región interfacial próxima. Por ejemplo, la interfase entre las regiones, generalmente, es a lo más de 2 milímetros. Preferentemente, en preferencia ascendentes, la interfase es a lo más de 1 milímetro, a lo más de 0.75 mil ímetros, a lo más de 0.5 milímetros, a lo más de 0.25 milímetros, 0. 1 mil ímetro, 50 micrómetros y más preferentemente a lo más de 25 micrómetros. La longitud y amplitud de interfase, en la presente, se definen por el plano formado por el contacto entre las regiones adyacentes. El espesor de la interfase es la distancia medida ortogonal a la longitud y amplitud de la interfase. Por ejemplo, cuando se mide el espesor de interfase comenzando de una región a la otra , el espesor de interfase es la distancia que comienza en un punto en donde al menos u na propiedad microestructural , tal como un tamaño de grano, es de 10 por ciento diferente a la propiedad de volumen de una región a un punto en donde la misma propiedad es de 10 por ciento diferente a lo que es el volumen de la región adyacente. La medida o las medidas de microestructura pueden elaborarse sobre una sección pulida. Por ejemplo, el tamaño de grano de .. ?.Ét?ií.l muflit s promedio puede determinarse de una micrografía electrónica de exploración (SEM) de una sección pulida del cuerpo, en donde el tamaño de grano promedio puede determinarse por el método de interceptación descrito por Underwood en Quantitive Stereology, Addison Wesley, Reading, MA, (1970). U na modalidad preferida de la composición de mullita tiene dos regiones adyacentes entre s í en donde una de las capas tiene un tamaño de poro promedio que es un orden de magnitud inferior y cada una de las regiones se comprende de cristalitos filamentarios. También se prefiere que los cristalitos filamentarios de la región con el tamaño más pequeño de poro tienen un tamaño de grano promedio aproximadamente un orden de magnitud inferior a la otra región, finalmente, se prefiere que ambas regiones se comprendan de cristalitos filamentarios de mullita que tienen una estoiquiometría entre 1 .5 y 2. Otra modalidad preferida es una composición comprendida de cristalitos filamentarios de mullita que tiene una región inferior, una región superior y una región media interpuesta entre la región inferior y superior, en donde la región media es diferente a las regiones, superior e inferior Preferentemente, las regiones, superior e inferior, no son diferentes según se describen en la presente. También se prefiere que la región media tenga un tamaño de grano equivalente promedio que es un orden de magnitud más pequeña o más grande que el tamaño de grano promedio de las regiones, superior e inferior La cantidad total de impurezas (es decir, elementos diferentes a aquellos presentes en la fórmula de mullita anteriormente mostrada) pres rtte^en el cuerpo es generalmente a lo más de 5 por ciento en peso del cuerpo. Preferentemente , la cantidad total de impurezas es a lo más de 1 por ciento, más preferentemente a lo más de 0.5 por ciento, aún más preferentemente a lo más 0.1 por ciento y más preferentemente no existen esencialmente impurezas (es decir, cantidades de indicio) presentes en el cuerpo de mullita. La cantidad de impurezas puede determinarse por cualquier técnica de análisis de volumen adecuado, tales como aquellas conocidas en la materia (por ejemplo, fluorescencia de rayos X) . En la elaboración de la composición de mullita , los compuestos precursores que contienen Al , Si y oxígeno se mezclan para formar una mezcla capaz de formar mullita. Los compuestos precursores que pueden utilizarse se describen en las Patentes de E. U . Nos. 5, 1 94, 1 54; 5, 1 98,007; 5, 173, 349; 4,91 1 , 902 ; 5,252 ,272 ; 4,948, 766 y 4,91 0, 1 72. La mezcla también puede contener otros compuestos, tales como materiales de relleno (anteriormente descritas) y compuestos orgánicos para facilitar la forma de la mezcla (por ejemplo, aglutinantes y dispersantes, tales como aquellos descritos en Introduction to the Principies of Ceramic Processing, J, Reed , Wiley I nterscience, 1 988). Generalmente, la mezcla se comprende de compuestos, tales como arcilla (es decir, silicato de aluminio hidratado), alumina, sílice, trifluoruro de aluminio, fluorotopacio y zeolitas. Preferentemente, los compuestos precursores se seleccionan de arcilla, alum ina y mezclas de las mismas. Más preferentemente, la mezcla se comprende de arcilla y alumina. Los compuestos precursores, generalmente, se seleccionan en proporciones de tal forma que la mullita debe elaborarse con es ai^fJt A tría de 1 .3 a 3, según se describe anteriormente . La mezcla puede elaborarse por cualquier método adecuado, tales como aquellos conocidos en la materia. Los ejemplos incluyen la mezcla de cinta de trituración de bolas, mezcla de tornillo vertical, mezcla V y trituración de rozamiento. La mezcla puede prepararse en seco (es decir, en la ausencia de un medio l íquido) o húmedo. La mezcla se forma así en una forma porosa por cualquier método adecuado, tales como aquellos conocidos en la materia . Los ejemplos incluyen moldeo por inyección , extrusión , presión isoestática , moldeo en barbotina , compactación por laminación y moldeo de cinta . Cada uno de estos se describe a mayor detalle en I ntroduction to the Principies of Ceramic Processing , J . Reed , Capítulos 20 y 21 , Wiley Interscience, 1988. A una parte de la forma porosa , se aplica un agente de control de nucleación. Generalmente, una "parte" significa que el agente de control de nucleación se aplica a la superficie del cuerpo poroso. El agente de control de nucleación puede ya sea suprimir o acentuar la nucleación de mullita. Generalmente , el agente de control, es un particulado sólido aplicado al cuerpo de forma porosa antes del calentamiento del cuerpo poroso. Los ejemplos de agentes de control de nucleación incluyen particulados que tienen la misma qu ímica de la mezcla , con la excepción de que las partículas de agente de control son sustancialmente ya sea más grandes o sustancialmente más pequeñas que aquellas en la mezcla. "Sustancialmente más grandes o más pequeñas" significa que el tamaño de partícula promedio es al menos un orden de magnitud diferente que el tamaño promedio de las partículas en la mezcla. El agente de control también puede ser partículas de mullita. Preferentemente, el agente de control es partículas de mullita. El agente de control de nucleación puede aplicarse por cualquier método conveniente, tal como inclinación, pulverización y pintura. El agente de control de nucleación puede combinarse con otro material antes de la aplicación, tales como los compuestos precursores y compuestos orgánicos anteriormente descritos. El agente de control de nucleación también puede formarse en un cuerpo de forma y aplicarse por fuerza mecánica al cuerpo en forma porosa (por ejemplo, laminar el cuerpo poroso en el cuerpo de forma que contiene el agente de control al presionarlos juntos). Es decir, el agente de control de nucleación puede mezclarse con precursor y aquella mezcla estratificarse por métodos, tales como laminado de cinta, co-extrusión, inclinación, pulverización o pintura, en un precursor que carece del agente de control de nucleación para formar un cuerpo poroso que tiene regiones con y sin agente de control de nucleación. La etapa final del proceso es el calentamiento de la forma verde porosa de la etapa (c) bajo una atmósfera y a una temperatura suficiente para formar la composición de mullita. Deseablemente, al menos durante alguna parte del calentamiento, el flúor se presenta en la atmósfera gaseosa de fuentes, tales como SiF , AIF3, HF Na2SiF6 NaF y NH4F. Preferentemente, la fuente de flúor, cuando se utiliza en la atmósfera, es de SiF .

" El cuerpo poroso se calienta preferentemente a una primer temperatura por un tiempo suficiente para convertir los compuestos precursores en el cuerpo poroso a fluorotopacio y después alcanzar una segunda temperatura suficiente para formar la composición de mullita la temperatura también puede ciclarse entre la primera y segunda temperatura para asegurar la formación de mullita completa . La primer temperatura puede ser de 500°C a 950°C. Preferentemente, la primer temperatura es a menos de 550°C, más preferentemente al menos 650°C y más preferentemente al menos 725°C a preferentemente a lo más 850°C , más preferentemente a lo más 800°C y más preferentemente a lo más 775°C. La segunda temperatura puede se cualquier temperatura dependiendo de variables, tales como la presión parcial de Si F4. Generalmente, la segunda temperatura es al menos 1000°C a lo más de 1700°C. Preferentemente, la segunda temperatura es al menos 1 050°C, más preferentemente al menos 1075°C y más preferentemente al menos 1 100°C a preferentemente a lo más 1600°C, más preferentemente a lo más 1400°C y más preferentemente a lo más 1200°C. Generalmente, durante el calentamiento a la primer temperatura , la atmósfera es inerte (por ejemplo, nitrógeno) o un vacío hasta al menos 500°C, lo cual es cuando el gas que contiene flúor se introduce deseablemente. Durante el calentamiento a la primer temperatura, pueden removerse los compuestos orgánicos y el agua Estos también pueden removerse en una etapa de calentamiento separada común en la materia descrita en I ntroduction to the Principies of Ceramic Pfé<iéf i.ftg, J . Reed, Wiley Interscience, 1 988. La composición de mullita puede ser particularmente útil como un soporte para un catalizador, tal como el catalizador de metal precioso sobre partículas de alumina, típicamente referido como una cubierta de lavado de catalizador, utilizada en convertidores catalíticos automotrices. Se prefiere que los granos de mullita sean cristalitos filamentarios. También se prefiere que la cubierta de lavado elabore un revestimiento delgado sobre al menos una parte de los granos de mullita. Generalmente , una parte es, cuando al menos 1 0 por ciento del área de los granos de una región se cubren por el revestimiento de catalizador. Preferentemente, sustancialmente todos los granos de una región se revisten . Más preferentemente, sustancialmente todos los granos de la composición se revisten . "Revestimiento delgado" significa que el revestimiento de lavado de catalizador tiene un espesor, generalmente, menor a la dimensión más pequeña promedio de los granos revestidos. Generalmente, el espesor del revestimiento es a lo más la m itad de espesor, preferentemente a lo más un tercio y más preferentemente a lo más un cuarto de espesor de la dimensión más pequeña promedio de los granos revestidos. La composición también puede ser particularmente útil como un separador particulado (holl ín) y catalizador de oxidación (es decir, evacuación) para aplicación de energía móvil (por ejemplo, motores diesel) y aplicaciones de energía estacionaria (por ejemplo, plantas de energía) . Como anteriormente, la composición de mullita podría tener al menos una pafté ¡die los granos de mullita revestidos con un catalizador, pero , preferentemente, existirá un revestimiento sustancialmente sobre todos los granos de la composición. La composición de mullita revestida podría colocarse así, por ejemplo, en un sistema de evacuación diesel de tal forma que el gas pasa a través de la composición . En tal ajuste, las partículas de hullín , generalmente, podrían atraparse en una región que tiene una porosidad de tamaño más pequeño y el gas de evacuación , típicamente, podría catalizarse en una región que tiene una porosidad de tamaño más grande. Ya que las partículas de hull ín se retienen en el catalizador, sorprendentemente, las partícu las de hull ín pueden combustionarse a medida que el catalizador se calienta hasta la temperatura de operación y los gases subsecuentes producidos catalizados son tal como los gases de evacuación .

EJEM PLOS Ejemplo 1 Un disco se presionó de un precursor que tiene una estoiquiometría de mullita de 1 .67 elaborado al mezclar 25. 1 partes en peso de arcilla plástica (Todd Dark grade, Kentucky-Tennessee Clay Company, Mayfield, KY) con 27.6 partes en peso de «-alumina , 1 .5 partes de metilcelulosa de hidroxipropilo (M ETHOCEL J75MS-N , The Dow Chemical Company, Midland , Ml) y 25 partes de agua desmineralizada. La arcilla plástica se secó por 48 horas a 1 10°C antes de utilizarse. La •-alumina se preparó al calentar hidróxido de aluminio (HYD RA L 71 0, Alcoa , Pittsburg, PA) a 1000°C por 1 hora . El disco accionado por bizcocho de i- m¡íLái i±á*m,t¿...: h¿ í&1¿í&k)tí ^,¿?.Mt?lmál?k,l¡Al,mi¡»¡<a&*t*m!« ?m TI llí '-*.!,. ^JOO**,!!, poeO€Ílfna para remover el aglutinante orgánico (es decir, M ETHOCEL) y para deshidratar la arcilla bajo el siguiente horario: calor de ambiente a 1 1 5°C a 1 °C por minuto, 1 1 5°C a 350°C a 3°C por minuto, 350°C a 600°C a 5°C por minuto, mantener a 600°C por 3 horas, calor de 600°C a 1 025°C a 7°C por minuto, mantener a 1025°C por 1 hora , enfriar a temperatura ambiente a 10°C por minuto. El disco accionado por bizcocho de porcelana se revistió así con una dispersión de polvo de mullita para formar una capa de superficie de un agente de control de nucleación . La dispersión de mullita se preparó al agregar 1 7 gramos de polvo de mullita (M U LCR , Biakowski I nternational , Charlotte, NC) a 100 m L de 0.2 por ciento en peso de solución de DA RVA N 821 A (R .T. Vanderbilt Company, Norwalk, CT) en agua desmineralizada . El disco se sumergió en la dispersión por 60 segundos, después se removió, se secó al aire y después se accionó por bizcocho de porcelana de acuerdo al horario anteriormente dado. El disco se colocó así en un tubo de cuarzo lineado con troquel de níquel contenido dentro de un horno. El disco se calentó bajo vacío a 950°C, después se enfrió bajo vacío a 640°C. En este punto, el gas Si F4 se introdujo en el tubo hasta que se obtuvo una presión de 750 torr. La temperatura se mantuvo a 640°C por 1 hora. El tubo se calentó así a 4°C por minuto a 1015°C, después la velocidad de calentamiento se redujo a 1 °C por minuto. Cuando la temperatura alcanzó 1 020°C, la presión de gas en el tubo se redujo momentáneamente a 1 00 torr y se permitió para elevarse a 550 torr, en cuyo punto el gas se removió a una velocidad suficiente para mantener 500 torr de presión . Cuando la evolución de SiF - ló cese -fisfáncialmente (T= 1084°C) , el disco se colocó bajo vacío y se enfrió a temperatura ambiente. U na fotomicrografía SEM de la composición de mullita de este ejemplo se muestra en la Figura 1 . Ejemplo Comparativo 1 U n disco se formó en la misma manera que en el Ejemplo 1 , con la excepción de que ningún agente de control de nucleación (es decir, polvo de mullita) se aplicó al disco. Este agente de control de nucleación que carece de disco se calentó y se convirtió en mullita concurrentemente con el disco del Ejemplo 1 . Una fotomicrografía SEM del disco de mullita de este ejemplo comparativo se muestra en la Figura 2. Ejemplo 2 Un disco se presionó de una arcilla plástica (Todd Dark grade , Kentucky-Tennessee Clay Company, Mayfield, KY) y mezcla de «-alumina simila r a aquella descrita en el Ejemplo 1 . Después de accionar por bizcocho de porcelana por 1 hora a 1 000°C, el disco se revistió con polvo de mullita como sigue. Se preparó una dispersión al agregar 0.431 gramos de polvo de mullita (M U LCR , Biakowski I nternational, Charlotte, NC) a 80 mL de etanol absoluto y sonicar por 40 segundos a 100 vatios Aproximadamente 0.8 m L de la dispersión se aplicó a una cara del disco con cuentagotas de vista y se permitió para secarse mientras se gira continuamente el disco suavemente en un movimiento circular. El disco se secó por 1 hora a 1 00°C y después se transfirió a un tubo similar a aquel descrito en el Ejemplo 1 . El disco se calentó bajo vacío a 700°C y se mantuvo a aquella temperatura por 2 horas, después se enfrió bajo vacío a 675°C. En este punto, el gas Si F se agregó hasta que ^?. ^ . ?¿.l^ se una presión de 600 torr y el disco se calentó después a 1 °C por minuto a 680°C. Mientras se mantiene una presión constante de 600 torr, el disco se calentó a 3°C por minuto a 1040°C , después 1 °C por minuto a 1075°C. Desde aquel punto, la temperatura se elevó manualmente en incrementos de 1 °C para acercarse lentamente al punto en donde la evolución de SiF4 significativa comenzó (1 082°C) . La temperatura se elevó lentamente y el gas se removió del reactor a una velocidad suficiente para mantener una presión constante de 600 torr. Cuando la evolución de Si F4 cesó sustancialmente (T= 1 104°C) , el reactor se evacuó y se enfrió a temperatura ambiente. U na fotomicrografía SEM de la mullita resultante de este ejemplo se muestra en la Figura 3. Ejemplo 3 Se extrajo un tubo de una arcilla plástica (Todd Dark grade , Kentucky-Tennessee Clay Company, Mayfield , KY) y mezcla de «-alum ina similar a aquella descrita en el Ejemplo 1 . Después de accionar por bizcocho de porcelana por 1 hora a 1 050°C, el tubo se convirtió en fluorotopacio como sigue: se calentó a 950°C bajo vacío, después se enfrió bajo vacío a 650°C. El gas Si F4 se introdujo así a una presión de 730 torr y se permitió para reaccionar a 650°C por 2 horas y 40 minutos. El reactor se evacuó así y se enfrió a temperatura ambiente. El tubo ahora se había convertido en fluorotopacio. U na capa de polvo de mullita (M U LCR , Biakowski I nternational , Mayfield , KY) se depositó en el interior del tubo de fluorotopacio al exponer, por un corto período de tiempo, el interior del tubo con una pendiente que contiene 4 por ciento en peso de polvo de mullita M U LCR I kt?Aái?- »-**-'-*- -• -j* t- - - . <rtM^'^^^»»*^*^^ttjatBM<fa.?liilttÍ* preparado en una manera similar a aquella descrita en el Ejemplo 1 . El tubo se calentó así bajo vacío a 10°C por minuto a 650°C, después se calentó a 4°C por minuto a 1 015°C, 1 °C por minuto a 1040°C , la temperatura se mantuvo así a 1 040°C por 40 minutos, después se calentó a 1 °C por minuto hasta que la evolución de Si F alcanzó 0.43 SCCM por gramo de topacio. La temperatura se aumentó d urante la prueba para mantener una velocidad constante de evolución de Si F a una presión constante de 580 torr hasta que la reacción se completó. El reactor se evacuó así y se enfrió a temperatura ambiente. U na fotomicrografía SEM del tubo de mullita resultante de este ejemplo se muestra en la Figura 4. iimpili ilitilt*^*»*^^-

Claims

REIVINDICACIONES i '• 1 . U n método para preparar una composición de mullita que comprende, a) formar una mezcla de uno o más compuestos precursores que tienen los elementos presentes en mullita, b) formar la mezcla en una forma verde porosa , c) aplicar un agente de control de nucleación a una parte de la forma verde porosa y d) calentar la forma verde porosa de la etapa (c) bajo una atmósfera y a una temperatura suficiente para formar una composición de mullita comprendida sustancialmente de granos de mullita que esencialmente se ligan químicamente, en donde la composición tiene al menos dos regiones adyacentes que tienen cristalitos filamentarios de mullita sustancialmente diferentes. 2. El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque el compuesto precursor se selecciona de arcilla, alumina, sílice, fluorotopacio, zeolita, AIF3 y mezclas de los mismos. 3. El método según la reivindicación 2, caracterizado porque el compuesto precursor se selecciona de arcilla, alumina , s ílice, fluorotopacio, zeolita y mezclas de los mismos. 4. El método según la reivindicación 3, caracterizado porque el compuesto precursor es una mezcla de alumina y arcilla . 5. El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque el agente de control de nucleación es un particulado sólido. 6. El método según la reivindicación 5, caracterizado AJAá kAAfaabfcsfc m ¿?*mAia4[lmmmtímtim tm1mml¿^^t»?l^^ porq?|# mi particulado sólido es mullita , un compuesto precursor que tiene un tamaño de partícula promedio un orden de magnitud diferente al tamaño de partícula promedio de los compuestos precursores en el cuerpo poroso o mezclas de los mismos. 7. El método según la reivindicación 6, caracterizado porque el particulado sólido es mullita. 8. El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque el calentamiento es a una primer temperatura y después a una segunda temperatura mayor en donde el fluorotopacio se forma en la primer temperatura y la mullita se forma en la segunda temperatura mayor 9. El método según la reivindicación 8, caracterizado porque el fluorotopacio formado en la primer temperatura se forma en una atmósfera comprendida de SiF4. 10. El método según la reivindicación 8, caracterizado porque la primer temperatura es de 500°C a 950°C. 1 1 . El método según la reivindicación 1 0, caracterizado porque la primer temperatura es al menos de 725°C a 750°C. 12. El método según la reivindicación 1 1 , caracterizado porque la segunda temperatura es al menos de 1 000°C a lo más de 1700°C. 13. U na composición de mullita comprendida sustancialmente de granos de mullita que esencialmente se ligan químicamente en donde la composición tiene al menos dos regiones adyacentes que tienen microestructuras sustancialmente diferentes y al menos una región se comprende de cristalitos filamentarios de mullita. ¡ í ? 14. La composición de mullita según la reivindicación 1 3 , caracterizada porque esencialmente todos los granos son cristalitos filamentarios. 1 5. La composición de mullita según la reivindicación 1 3 , caracterizada porque la estoiquiometría de AI2O3 a SiO2' es de 1 .3 a 3. 16. La composición de mullita según la reivindicación 1 5, caracterizada porque la estoiquiometría es a lo más de 2.5. 1 7. La composición de mullita según la reivindicación 16, caracterizada porque la estoiquiometría es de 1 .6 a 1 .85. 1 8. La composición de mullita según la reivindicación 14, caracterizada porque las dos regiones adyacentes tienen un tamaño de poro promedio que es al menos un orden de magnitud diferente. 1 9. La composición de mullita según la reivindicación 14, caracterizada porque la interfase entre las regiones adyacentes es a lo más de 2 mil ímetros. 20. La composición de mullita según la reivindicación 19, caracterizada porque la interfase es a lo más de 0.1 milímetros. 21 . Un convertidor catalítico automotriz comprendido de la composición de mullita según la reivindicación 13 22. El convertidor catalítico automotriz según la reivindicación 21 , caracterizado porque la composición de mullita tiene una cubierta de lavado de metal precioso sobre la superficie de al menos alguna parte de los granos de mullita. 23. El convertidor catal ítico automotriz según la reivindicación 22, caracterizado porque el revestimiento de cubierta de lavaKta de metal precioso tiene un espesor que es a lo más una mitad de espesor de la dimensión más pequeña promedio de los granos revestidos. 24. Un catalizador de oxidación de separador de partículas que comprende la composición de mullita según la reivindicación 1 3, caracterizado porque al menos una parte de la composición de mullita se reviste con un catalizador. 25. El catalizador de oxidación de separador de partículas según la reivindicación 24, caracterizado porque sustancialmente toda la composición de mullita se reviste con un catalizador. 26. El catalizador de oxidación de separador de partículas según la reivindicación 24, caracterizado porque la composición de mullita consiste de dos regiones adyacentes. 27. El catalizador de oxidación de separador de partículas según la reivindicación 24, caracterizado porque el catalizador es un revestimiento de cubierta de lavado de metal precioso. 28. El catalizador de oxidación de separador de partículas según la reivindicación 27, caracterizado porque el revestimiento de cubierta de lavado de metal precioso tiene un espesor que es a lo más una mitad del espesor de la dimensión más pequeña promedio de los granos revestidos. 29. Un separador de partículas que comprende la composición de mullita de cualquiera de las reivindicaciones 1 3-20. 30. U n separador de partículas que comprende la composición de mullita obtenible por cualquiera de las reivindicaciones 1 - 12. , . RESU M EN Una composición de mulhta se comprende sustancialmente de granos de mullita que esencialmente se ligan químicamente en donde la composición tiene al menos dos regiones adyacentes que tienen microestructuras sustancialmente diferentes La composición puede producirse al formar una mezcla de uno o más compuestos precursores que tienen los elementos presentes en mullita , formar la mezcla en una forma verde porosa aplicando un agente de control de nucleación a una parte de la forma verde porosa y después calentar la forma verde porosa bajo una atmósfera y a una temperatura suficiente para formar la composición de mullita