MXPA02003038A - Cuerpo ceramico y cuerpo ceramico para catalizador. - Google Patents

Abstract

La presente invencion tiene el objeto de obtener un cuerpo ceramico que puede soportar una cantidad requerida de un componente catalizador, sin reducir las caracteristicas tales como resistencia, manufacturado sin formar una capa de recubrimiento y proporcionando un cuerpo catalizador ceramico de alto desempeno que es excelente en la utilidad practica y durabilidad. Tal cuerpo ceramico que se hace substituyendo al menos un tipo entre los elementos constituyentes de cordierita que constituyen el substrato ceramico, por ejemplo Al, con w que es el elemento que tiene una orbita vacia en la orbita d o f, tiene una alta resistencia de enlace y es menos susceptible al deterioro ya que el componente catalizador Pt se soporta por medio de enlace quimico.

Description

CUERPO CERÁMICO Y CUERPO CERÁMICO PARA CATALIZADOR Campo de la Invención. La presente invención se refiere a un cuerpo cerámico y a un cuerpo cerámico paira catalizador usado como un soporte de catalizador en un catalizador de purificación de gases de salida de un motor de automóvil o similar. Antecedentes de la Invención. La cordierita tiene una alta durabilidad contra el choque térmico y ha sido ampliamente usada como un cuerpo cerámico para un soporte de catalizador. El catalizador se hace al aplicar un recubrimiento de ?-alúmina en la superficie de la cordierita que se ha formado en forma de estructura de panal, y lo proporciona con un catalizador de metal noble soportado en el mismo. La capa de recubrimiento se forma debido a que el área superficial especifica de la cordierita es demasiado pequeña para soportar una cantidad requerida de componentes de catalizador. Asi, el área superficial del soporte se incrementa al usar la ?-alúmina que tiene un área superficial especifica mayor. Cuando la superficie de soporte se recubre con ?-alúmina, sin embargo, se incrementa la capacidad térmica del portador debido al incremento en la masa. Recientemente, se han llevado a cabo investigaciones para REF 137028 efecto de hacer más pequeña la capacidad térmica al hacer la pared celular del soporte de estructura de panal más delgada, con objeto de lograr una activación más temprana del catalizador. Sin embargo, el efecto de este esfuerzo se reduce por la formación de la capa de recubrimiento. Han existido también problemas tales que el coeficiente de expansión térmica del soporte se hace más grande debido a la capa de recubrimiento, y la disminución en el área de apertura de la celda incrementa la pérdida de presión. Se han llevado a cabo diversas investigaciones para lograr cuerpos de cerámica capaces de soportar componentes de catalizador sin formar una' capa de recubrimiento. En la solicitud de patente japonesa examinada (Kokoku) No. 5-50338, por ejemplo, se propone tal método que mejora el área superficial especifica de la cordierita por si misma al aplicar tratamiento térmico después del tratamiento oxidante. Sin embargo, este método no ha sido práctico debido a que el proceso de tratamiento desoxidante o un tratamiento térmico, provocan la destrucción de la malla de cristal de la cordierita resultando asi en una resistencia mecánica inferior .

Breve Descripción de la Invención . Un objeto de la presente invención es resolver los problemas del arte previo y proporcionar un cuerpo de cerámica capaz de soportar sin formar una capa de recubrimiento, una cantidad requerida de componente de catalizador sin disminuir características tales como la resistencia, por lo cual se proporciona un cuerpo de catalizador de cerámica de alto desempeño que es excelente en utilidad y durabilidad. Un cuerpo de cerámica de conformidad con la presente invención, comprende un sustrato cerámico en donde uno o más de los elementos que lo constituyen se sustituye con un elemento diferente a los elementos constituyentes, y un componente de catalizador se puede soportar directamente en el elemento constituyente. Ya que el cuerpo de cerámica de la presente invención comprende el sustrato cerámico del cual se substituyen parte de los elementos substituyentes, y el componente de catalizador se soporta directamente en el elemento substituyente , no ocurre tal problema ya que la malla de cristal se destruye conduciendo a una resistencia inferior, a diferencia de la tecnología del arte previo que incrementa el área superficial específica del sustrato cerámico al eluir el elemento substituyente por tratamiento desoxidante u otros procesos. Como resultado, el cuerpo de cerámica puede soportar directamente al componente de catalizador mientras mantiene una resistencia suficiente y es excelente en utilidad y durabilidad práctica. De conformidad con un aspecto de la presente invención, el componente catalizador se soporta en el elemento substituyente por medio de un enlace químico. Cuando el componente catalizador se soporta por medio de enlace químico, el poder de retención del catalizador se hace mayor que la estructura común de soporte que retiene las partículas de catalizador metálico en los poros. La capacidad de distribuir el componente catalizador uniformemente sobre el soporte, hace al catalizador menos probable de coagular, resultando así en un deterioro menor después de un periodo prolongado de uso. Preferiblemente, el sustrato cerámico se hace de un material cerámico que contiene cordierita en una concentración no inferior al 1% en volumen, preferiblemente no inferior al 5% en volumen. La cordierita tiene alta resistencia contra el choque térmico y se usa preferiblemente como catalizador para purificar por ejemplo, gases automotrices de salida. El elemento constituyente a sustituirse puede por ejemplo ser uno o más tipos entre el Si, Al y Mg.

La relación del diámetro efectivo del ió del elemento constituyente (Si, Al, Mg) a sustituirse con aquel elemento substituyente, está preferiblemente en un intervalo desde 0.7 hasta 2.0, que hace más fácil de sustituir el elemento. De conformidad con un aspecto de la presente invención, los elementos que tienen órbitas de d ó f en las órbitas de los electrones de los mismos, se usan como los elementos substituyentes, y se puede alcanzar el efecto arriba descrito al seleccionar uno o más entre estos elementos. Es más preferible que el elemento substituyente tenga una órbita vacia en las órbitas d ó f de los mismos. Específicamente, el elemento substituyente es al menos un tipo seleccionado de entre un grupo que consiste de Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, o, Ru, Rh, Ce, W, Ir y Pt . Estos elementos tienen un nivel de energía cercano a aquél del componente catalizador y es apto para impartir electrones . Alternativamente, el elemento substituyente puede ser una o más clases de elemento que tienen uno o más estados de oxidación estables. El elemento substituyente puede ser al menos de un tipo seleccionado entre un grupo que consiste de Cu, Ga, Ge, Se, Pd, Ag y Au, que puede alcanzar un efecto similar antes descrito.

Preferiblemente, la proporción de la solución sólida del elemento substituyente requerido para soportar el componente de catalizador, no es inferior a 5 ppb del número de átomos del elemento constituyente a ser sustituido. Ya que un tamaño de partícula más pequeño de catalizador conduce a un número mayor de partículas de catalizador para una cantidad dada de catalizador soportado, la proporción de la solución sólida del elemento substituyente es más preferiblemente no inferior a 5 ppm del número de átomos del elemento constituyente a ser sustituido. Adicionalmente, la proporción de solución sólida del elemento substituyente está más preferiblemente en el intervalo de 0.01 % al 50% del número de átomos del elemento constituyente a sustituir. Cuando la proporción de la solución sólida está en este intervalo, se puede lograr el efecto antes descrito sin afectar la estructura del cristal. Por ejemplo, se obtiene el valor óptimo cuando la proporción de la solución sólida está en un intervalo desde 2 hasta 7% del número de átomos del elemento constituyente a sustituirse en el sustrato cerámico que contiene a la cordierita como componente principal, la proporción está en un intervalo desde 5 hasta 15 % del número de átomos del elemento constituyente a ser sustituido en el sustrato cerámico que contiene titania como componente principal, y la proporción está en. un intervalo desde 1 hasta 5% del número de átomos del elemento constituyente a sustituirse en el sustrato cerámico que contiene alúmina como componente principal.

El componente catalizador contiene preferiblemente un elemento de al menos un tipo seleccionado entre un grupo que consiste de Pt, Rh, Pd, Ir, Au, Ag, Ru, Hf, Ti, Cu, Ni, Fe, Co, W, n, Cr, V, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Se, Ba, K y elementos lantanoides como catalizador principal o promotor, y óxidos de los mismos de conformidad con los propósitos. Preferiblemente, Pt, Rh, Pd y Ir como catalizador principal y al menos un elemento seleccionado de Y, Zr, La y Ce, u óxidos de los mismos como promotor, se usan como el componente del catalizador. De conformidad con un aspecto de la presente invención, el componente catalizador se puede soportar por el hecho de que la órbita de electrones del mismo se traslapa con aquella del elemento substituyente . Alternativamente, se puede soportar el componente catalizador por medio de un enlace de iones con el elemento substituyente, resultando en una resistencia de alto enlace y una menor susceptibilidad al deterioro térmico debido al enlace químico.

Preferiblemente, el elemento constituyente y el elemento substituyente- se seleccionan de manera que la suma de los números de oxidación del elemento constituyente a sustituirse, es igual a la suma de los números de oxidación del elementos substituyente. Cuando la suma de los números de oxidación cambia después de la sustitución, los defectos de la malla pueden generar y conducir a un deterioro térmico debido al componente catalizador soportado con una baja resistencia de enlace en los defectos. Tal problema se puede mitigar al hacer la suma de los números de oxidación del elemento constituyente igual a la suma de los números de oxidación del elemento substituyente. Sin embargo, ya que los elementos substituyentes son principalmente metales de transición y tienen una pluralidad de valores de valencia, no es probable que suceda un defecto en la malla aun cuando se haga la suma de los números de oxidación del elemento constituyente diferente de la suma de los números de oxidación de elemento substituyente. Específicamente, la suma de los números de oxidación se puede hacer igual antes y después de la sustitución, al sustituir uno de los elementos substituyentes con el elemento substituyente que tiene el mismo valor de valencia que aquel del anterior. Alternativamente, la suma de los números de oxidación se puede hacer fácilmente igual, antes y después de la sustitución, al sustituir uno de los elementos constituyentes con una pluralidad del elemento substituyente que tiene valores diferentes de valencia de aquél del anterior y seleccionando una combinación adecuada de los valores de valencia . Más específicamente, el elemento constituyente es Si, Al, ó Mg, y el elemento constituyente puede sustituirse con dos tipos de elementos substituyentes . Entonces, el efecto arriba descrito puede alcanzar al incluir los dos tipos de elementos en proporción de 1:1 en la relación del número de átomos, y hacer el número total de átomos de los dos tipos de elementos igual con el números de átomos del elemento constituyente a ser sustituido . En ese momento, los elementos constituyentes a ser sustituidos con los dos tipos de elementos, se pueden localizar en el sitio Si. Además, tales arreglos se pueden emplear como uno de los elementos constituyentes a ser sustituidos con los dos tipos de elementos substituyente, se localizan en el sitio Si y el otro se localiza en el sitio Al, uno de los elementos constituyentes a ser sustituidos con los dos tipos de elementos substituyentes se localizan en el sitio Si y el otro se localiza en el sitio Mg, ambos elementos constituyentes a ser sustituidos con los dos tipos de elemento substituyente se localizan en el sitio Al, uno de los elementos constituyentes a ser sustituido con los dos tipos de elementos substituyentes se localizan en el sitio Al y el otro se localiza en el sitio Mg, o ambos elementos constituyentes a ser sustituidos con los dos tipos de elementos substituyentes se localizan en el sitio Mg. De conformidad con un aspecto de la presente invención, cuando el elemento constituyente es Si, Al, ó Mg, el elemento constituyente se puede sustituir con 3 tipos de elemento substituyentes. Entonces, el efecto antes descrito se puede lograr al seleccionar 2 de 3 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia, incluyendo los dos tipos del los elementos que tienen el mismo valor de valencia y el otro tipo de elemento en la proporción de 2:1 en la relación del número de átomos, y haciendo el número total de átomos de los 3 tipos de elementos igual con el número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente es el Si, Al, ó Mg, el elemento constituyente se sustituye con 3 tipos de elementos substituyentes, mientras se seleccionan 3 tipos de elementos que tiene valores diferentes de valencia, incluyendo los tres tipos de elementos en la proporción de 1:1:1 en la relación del número de átomos, y haciendo el número total de átomos de los 3 tipos de elementos igual al número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos. Adicionalmente, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente es Si, Al ó Mg, el elemento constituyente se sustituye con tres tipos de elementos substituyentes, mientras se seleccionan los tres tipos de elementos de manera que al menos uno de los mismos tiene los mismos valores de valencia que aquél del elemento constituyente, incluyendo los 3 tipos de elementos en la proporción de 1:1:1 en la relación del número de átomos, y haciendo el número total de átomos de los 3 tipos de elementos, igual con el número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente es Si, Al ó Mg, y el elemento constituyente se sustituye con 4 tipos de elementos substituyentes. Entonces, el efecto arriba descrito se puede alcanzar al seleccionar elementos tales para 2 de los 4 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia y tales elementos para los otros dos tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia con los pares comprendiendo cada uno los dos tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia que se incluye en la proporción de valor 1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los 4 tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos. De conformidad con un aspecto de la presente invención, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente es Si, Al, ó Mg, aunque el elemento constituyente se sustituya con 4 tipos de elementos substituyentes , con 2 de 4 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia, los dos tipos de elementos que tienen el mismo valor de secuencia y los dos tipos restantes de elementos que se incluyen en la proporción de 2:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los 4 tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos. Adicionalmente, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente sea Si, Al, ó Mg, aunque el elemento constituyente se sustituya con 4 tipos de elementos substituyentes, con dos de 4 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia que aquél de los elementos constituyentes, los 2 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia y los 2 tipos de elementos que se incluyen en la proporción de 2:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los 4 tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos.

De conformidad con otro aspecto de la presente invención, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente sea Si, Al, ó Mg, aunque el elemento constituyente se sustituya con 4 tipos de elementos substituyentes, con 3 de 4 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia, los 3 tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia y el resto un tipo de elemento que se incluye a un proporción de 3:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los 4 tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a ser sustituidos . Adicionalmente, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente es Si, Al ó Mg, aunque el elemento constituyente se sustituya con 4 tipos de elementos substituyentes, con los 4 tipos de elementos que se incluyen en la proporción 1:1:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los 4 tipos de elementos es igual con el número de átomos de los elemento constituyentes , á. rsítr sustituidos . De conformidad con un aspecto de la presente invención, tal constitución pueden también emplearse cuando el elemento constituyente sea Si, Al ó Mg, aunque el elemento constituyente se sustituya con 4 tipos de elementos substituyentes, con al menos uno de los 4 tipos de elementos que tengan el mismo valor de valencia que aquél del elemento constituyente, los 4 tipos de elemento se incluyen en la proporción de 1:1:1:1 en la relación del número de átomos y el número total de átomos de los 4 tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a sustituirse. Además de conformidad con un aspecto de la presente invención, tal constitución puede también emplearse cuando el elemento constituyente se sustituye con un elemento substituyente que tiene una carga eléctrica diferente, el número de defectos en la malla generados por el mismo no es mayor a 2 por peso fórmula (2MgO2An203«5Si02) de cordierita que es el sustrato cerámico. Esto hace posible asegurar la estabilidad del cristal y reducir las fallas debido a los defectos. La forma del cuerpo cerámico puede seleccionarse entre diferentes formas tales como estructura de panal, bloque de espuma, fibra hueca, fibra, polvos ó pelotillas . De conformidad con un aspecto de la presente invención, el cuerpo de catalizador cerámico se puede hacer al soportar el componente de catalizador directamente en el cuerpo cerámico antes descrito. Es posible hacer un cuerpo de catalizador cerámico para que tenga una alta durabilidad capaz de una activación temprana del catalizador que no sea sujeto de incremento en la capacidad térmica y en el coeficiente de expansión térmica debido a la capa de recubrimiento, cuando el componente cerámico se soporta directamente al elemento substituyente . De conformidad con un aspecto de la presente invención, cuando el componente catalizador contiene un catalizador principal y un componente promotor, el componente promotor se puede soportar parcialmente en una parte del cuerpo cerámico. Por ejemplo, la activación temprana del catalizador se puede lograr al soportar el componente promotor solamente. Cuando se verifica el deterioro del catalizador al monitorear la capacidad del componente promotor para absorber y disociar el oxigeno sin embargo, se hace necesaria la adición de un nuevo sistema para detectar el deterioro del catalizador. En tal caso, la activación temprana y la detección del deterioro del catalizador se pueden lograr al soportar el componente promotor solamente en una parte del cuerpo cerámico de la estructura de panal, por ejemplo en el extremo posterior del mismo. En este caso, será efectivo soportar una cantidad relativamente grande de componente promotor, nominalmente 20g/L ó más, en la porción que soporta al componente promotor . De conformidad con un aspecto de la presente invención, un material del recubrimiento lavado puede también soportarse parcialmente en una parte del cuerpo cerámico. Esto hace posible absorber y recolectar hidrocarburos, que se emiten cuando el motor se arranca mientras esta frío, sobre el material de recubrimiento del lavado. Breve Descripción de los Dibujos. La figura 1(a) muestra el desempeño de la purificación al 50% como una función del tamaño medio de partícula del catalizador, y la figura 1(b) muestra el desempeño de la purificación al 50% como una función de la cantidad de catalizador soportado. La figura 2 muestra la relación entre la proporción de solución sólida del elemento substituyente y del tamaño de partícula del catalizador de metal noble.

Las figuras 3(a) y 3(b) muestran la constante de la malla como una función de la rapidez de calentamiento, figura 3(a) para el eje a y figura 3(b) para el eje c. La figura 4(a) y figura 4(b) muestran el contenido de las fases diferentes a la cordierita como una función de la rapidez de calentamiento, la figura 4 (a) para 03 y la figura 4(b) para MgW04. La figura 5 es una vista parcialmente aumentada de la superficie del catalizador que muestra esquemáticamente el estado del componente catalizador soportado en el cuerpo de cerámica de la presente invención . La figura 6 muestra la constitución global de un sistema catalizador de purificación de gases de salida de los automóviles como una aplicación de la presente invención . La figura 7(a) hasta la figura 7(e), muestran ejemplos de la región de soporte del catalizador cuando se soporta parcialmente un componente promotor en el cuerpo cerámico de la presente invención. La figura 8(a) muestra el desempeño de la purificación como una función de la distancia desde la cara extrema cuando un componente promotor se soporta parcialmente, la figura 8(b) muestra el desempeño de la purificación como una función de la distancia desde el centro y la figura 8 (c) muestra el desempeño de la purificación como una función de la cantidad del promotor soportado . La figura 9(a) y figura 9(b) muestran la cantidad de catalizador soportado contra la longitud del catalizador.

La figura 10(a) muestra el cambio en la energía de enlace del elemento substituyente cuando el componente catalizador se soporta parcialmente en el cuerpo cerámico, y la figura 10 (b) es una vista parcialmente aumentada de la figura 10(a). La figura 11 muestra la resistencia de enlace químico del elemento substituyente con el componente de catalizador en comparación con el caso sin substitución.

La figura 12 (a) muestra la energía de cristalización como una función del sitio sólido de solución del elemento substituyente y la figura 12 (b) muestra el modelo simulado por el método de densidad funcional. Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas .

La presente invención se describirá en detalle en seguida. El cuerpo cerámico de conformidad con la presente invención comprende un substrato cerámico en donde uno o más de los elementos que lo constituyen se substituye con un elemento diferente a los elementos constituyentes, y un componente catalizador se puede soportar directamente en el elemento substituyente. El cuerpo catalizador de cerámica obtenido al soportar directamente el componente catalizador, es apropiado para su uso en un catalizador de purificación de gases de salida de automóviles. Un substrato cerámico hecho de cordierita que tiene la composición teórica de 2MgO*2Al203*5Si02 como componente principal, es apropiado para su uso como un substrato para cerámica. Específicamente, la cerámica que contiene cordierita en una concentración no menor al 1% en volumen, preferiblemente no menor al 5% en volumen se usa apropiadamente. El componente principal de la cerámica puede también ser otros materiales cerámicos tales como alúmina, espinela, titanato de aluminio, carburo de silicio, mulita, fosfato de circonio, nitruro de silicio, zeolita y sílica alúmina además de la cordierita. La forma del portador de cerámica no se limita y puede también ser de otras formas tales como estructura de panal, espuma, fibra hueca, fibra, polvo o peletizado . Como el elemento substituido con los elementos constituyentes (por ejemplo Si, Al y Mg en el caso de la cordierita) del substrato cerámico, los elementos que tienen una gran resistencia de enlace con el componente catalizador en comparación con aquellos elementos constituyentes y capaces de soportar el componente catalizador por medio de enlace químico se usan. Específicamente, los elementos substituyentes pueden ser uno o más de los elementos que son diferentes de los elementos constituyentes y tienen una órbita d o f en las órbitas de electrones de los mismos, y preferiblemente tienen una órbita vacía en la órbita d o f o tienen dos o más estados de oxidación. Un elemento que tiene órbita vacía en la órbita d o f, tiene un nivel de energía cercano a aquél del catalizador de metal noble en que se soporta, lo que significa una tendencia mayor al intercambio de electrones y enlace con el componente catalizador. Un elemento que tiene dos o más estados de oxidación también tiene una tendencia superior al intercambio de electrones y proporciona el mismo efecto. Los ejemplos específicos del elemento substituyente que tiene una órbita vacía en la órbita d o f del mismo incluyen Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Tcr Ru, Rh, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, y Pt. Preferiblemente, uno o más de los elementos seleccionados de Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Mo, Ru, Rh, Ce, W, Ir y Pt, se usan. Entre estos elementos, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Mo, Te, Ru, Rh, Ce, Pr, Eu, Tb, Ta, W, Re, Os, Ir y Pt, son elementos que tiene dos o más estados de oxidación.

Los ejemplos específicos de los otros elementos que tienen dos o más estados de oxidación incluyen Cu, Ga, Ge, As, Se, Br, Pd, Ag, In, Sn, Sb, Te, I, Yb, y Au. Preferiblemente, uno o más elementos seleccionados de Cu, Ga, Ge, Se, Pd, Ag y Au se usan. Cuando el elemento constituyente del substrato cerámico se substituye con estos elementos substituyentes , la proporción de la solución sólida del elemento substituyente no es inferior a 5 ppb, y preferiblemente no es inferior a 5 ppm, del número de átomos del elemento constituyente a substituirse. Como se muestra en la figura 1(a), un tamaño promedio de partícula más pequeño del componente catalizador a soportarse, conduce a desempeños más mejorados del catalizador (T50: 50% de desempeño en la purificación). El tamaño promedio de partícula del componente catalizador no es usualmente superior a 100 nm y preferiblemente no es superior a 50 nm. Como se muestra en la figura 1 (b) , ya que se requiere una cantidad de catalizador soportado de no menos de 0.01 g/L para ejercer el desempeño catalítico cuando el tamaño promedio de partícula es 50 nm, la proporción de la solución sólida del elemento substituyente de no menos de 5 ppb (5 x 10"9) se requiere para controlar el tamaño promedio de partícula del componente catalizador, hasta no más de 50 -.Stifciiiiii* nm cuando la cantidad de catalizador soportada es de 0.01 g/L, como es aparente de la figura 2. Cuando el tamaño promedio de partícula no es superior a 5 nm, la proporción de la solución sólida del elemento substituyente de no menos de 5 ppm (5 x 10"6) se requiere.

Más preferiblemente, la proporción de solución sólida del elemento substituyente, se controla en un intervalo desde 0.01 hasta 50% del número de átomos del elemento constituyente a substituirse. Cuando uno de los elementos constituyentes se substituyen con los elementos plurales substituyentes , la proporción total se controla dentro del rango anterior. Para obtener un efecto suficiente debido a la substitución, la proporción se controla preferiblemente hasta no menos de 0.01% en vista del limite de detección y concentración de impurezas inevitables debido a un analizador tal como el EPMA. La proporción de más de un 50% no se prefiere debido a un incremento en la influencia en la estructura del substrato cerámico. De conformidad con el tipo de substrato cerámico y el elemento substituyente, se puede obtener el valor óptimo al fijar adecuadamente la proporción de la solución sólida del elemento substituyente. Por ejemplo, se obtiene . el valor óptimo cuando la proporción de la solución sólida está en un intervalo desde 2 hasta 7% del número de átomos del elemento constituyente a substituirse cuando el substrato cerámico es cordierita y los elementos substituyentes son W y Ti. Por ejemplo, se obtiene el valor óptimo cuando la proporción de W y Al es desde 5 hasta 15% en titania, y la proporción de y Ti es de 1 a 5% en alúmina. El cuerpo cerámico en donde una porción de los elementos constituyentes del substrato cerámico se substituye de la presente invención, se produce por ejemplo al restar previamente una porción de los materiales de partida de los elementos constituyentes a ser substituidos según la proporción a ser substituida para preparar materiales de partida de cerámica, el amasamiento de la mezcla, formando la mezcla amasada y secando la preforma que se usa en un método convencional, y sumergiendo en una solución los elementos substituyentes contenidos. La preforma que tiene muchos elementos substituyentes en la superficie de la preforma se toma fuera de la solución y se seca, seguido por un desgrasado y una sinterización adicional en atmósfera de aire. Al emplear el método de soporte de los elementos substituyentes en un cuerpo seco, en lugar de amasar los materiales cerámicos crudos, muchos elementos substituyentes existen en la superficie de la preforma y la substitución con elementos aparece en la superficie de la preforma durante la sinterización para formar fácilmente una soluci¾ sólida. De conformidad c§É¾el método arriba descrito, se prepara un cuerpo cerámico al usar cordierita como el substrato cerámico y sustituir del 5 al 20% de Al que es el elemento constituyente con W. Los materiales de partida se preparan al usar un material de cordierita que comprende talco, caolín y alúmina y restar del 5 al 20% de la fuente de Al del material de cordierita, y se amasan y forman dentro del estructura de panal usando un método convencional y después se secan. La preforma seca se sumerge en una solución de W03, un compuesto de W que se usa como un elemento substituyente . La preforma tiene mucho 03 en la superficie de la preforma de la estructura de panal que se toma fuera de la solución y se seca. Después de desgrasar a 900°C en atmósfera de aire, se sinteriza la estructura del estructura de panal en atmósfera de aire a una rapidez de calentamiento de 5 a 75°C/hora y se mantiene a una temperatura de 1250 a 1390°C. Para producir un cuerpo de cerámica en donde una porción de los elementos constituyentes del substrato cerámico se substituye, también se puede emplear el método para restar previamente una porción de los materiales de partida de los elementos constituyentes a substituirse según la proporción a substituirse para preparar materiales de partida de cerámica, agregando elementos substituyentes en los materiales de partida de cerámica, amasándolos, formando la mezcla, secando la preforma y sinterizando la preforma seca. Los materiales de cordierita comprenden talco, caolín, alúmina e hidróxido de aluminio, y óxido de tungsteno (WO3) , que es un compuesto del elemento substituyente W, que tiene una valencia de un valor diferente a aquél de Al que substituye 10% de la fuente de aluminio se mezclan en proporciones alrededor de la composición teórica de cordierita. Se agregan a la mezcla y se amasan en una pasta cantidades adecuadas de un aglutinante, lubricante, un humectante y agua. La pasta se forma dentro del cuerpo de estructura de panal que tiene un espesor de pared de celda de 100 µ??, una densidad de celda de 400 cpsi (número de celdas por 1 pulgada cuadrada) y un diámetro de 50 mm. El cuerpo de estructura de panal se sinteriza en una atmósfera de aire de 1250 a 1390°C. Los materiales de cordierita comprenden talco, caolin, alúmina e hidróxido de aluminio, y elementos substituyentes plurales, 10% de óxido de tungsteno (WO3) y 10% de óxido de titanio (Ti02) , como compuestos de y Ti, que substituyen al 20% de la fuente de Al se mezclan en proporciones alrededor de la composición teórica de cordierita. Se agregan a la mezcla y se amasan en una pasta cantidades adecuadas de un aglutinante, un lubricante, un humectante y agua. La pasta se forma dentro de una estructura de panal que iene un espesor de pared de celda de 100 µ??, una densidad de celda de 400 cpsi (número de celdas por 1 pulgada cuadrada) y diámetro de 50 mm. La estructura de estructura de panal se sinteriza en una atmósfera de aire de 1260 a 1320°C. La estructura de cuerpo cerámico obtenida al substituir 10% de Al con W como un ejemplo se examina por difracción de rayos X. Los resultados se muestran en las figuras 3(a), fig. 3(b), fig. 4(a) y fig. 4(b). La figura 3(a) y 3(b) muestra los resultados de la medición de la constante de malla para el eje a y la constante de malla para el eje c, con respecto a los cuerpos cerámicos plurales obtenidos al variar la rapidez de elevación de la temperatura durante la sinterización . Como se muestra en la figura 3(a), la constante de malla para el eje a, cambia claramente a la fase de cordierita (indicada por el símbolo · en el dibujo) que no se substituye con los elementos. Esto muestra que la estructura de la fase de cordierita varía como resultado de la substitución de Al con W, y así existe una solución sólida. También en otros elementos substituyentes, se observa un cambio en la constante de malla y se confirma la existencia de la solución sólida. Actualmente, se confirmaron picos de 03 y MgW04 como fases diferentes a la cordierita. Se muestra una relación entre el contenido de las fases diferentes a la cordierita (W03 y MgW04) y la rapidez de calentamiento en la figura 4(a) y fig. 4(b). Como se muestra en la figura 4 (a) y fig. 4(b), ya que se reconoce una correlación entre el contenido de las fases diferentes a la cordierita (W03 y MgW04) y la rapidez de calentamiento, y también se reconoce una correlación entre la constante de la malla para el eje a y la rapidez de calentamiento como se muestra en la figura 3(a), una rapidez de calentamiento inferior (tiempo de reacción mayor) conduce a mucho de W como el elemento substituyente para ser cordierita incorporada dentro de los cristales de cordierita. Es teóricamente posible eliminar fases diferentes, pero es difícil eliminar completamente fases diferentes en la producción real, y pueden existir fases diferentes con tal de que no se deteriore el desempeño catalítico y la cristalinidad . Como el componente catalizador para soportarse en el portador cerámico, por ejemplo, se usan comúnmente elementos de metales nobles tales como Pt, Rh, Ir, Au, Ag, y Ru como catalizador principal y si es necesario, se agregan diversos promotores. Ejemplos del promotor incluyen elementos metálicos tales como Hf, Ti, Cu, Ni, Fe, Co, W, n, Cr, V, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Se, Ba, K y elementos lantanoides (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu) , y óxidos u óxidos de complejos del mismo. De conformidad con los propósitos tales como la supresión del deterioro, la capacidad de ocluir oxigeno y la detección del deterioro de catalizador, se pueden usar uno o más tipos de estos elementos . Preferiblemente, se usan Pt, Rh, Pd e Ir como el componente catalizador principal y al menos un elemento seleccionado de Y, Zr, La y Ce u óxidos de los mismos como componente promotor. Estos componentes de catalizador se soportan usualmente en el cuerpo de cerámica de la presente invención al sumergir el cuerpo de cerámica en una solución que contiene los componentes catalizadores deseados y la sinterización del cuerpo cerámico sumergido. Cuando se usan 2 o más componentes catalizadores en combinación, el cuerpo cerámico se puede sumergir en una solución que contiene componentes plurales de catalizador. Como se muestra en la figura 5, cuando se usa Pt y Rh como el componente catalizador principal, se sumerge el cuerpo de cerámica en una solución que contiene hexacloroplatinato y cloruro de rodio, se seca y se sinteriza después en atmósfera de aire. Además, se sumerge el cuerpo cerámico sinterizado en una solución que contiene CeÜ2 como componente promotor, se seca y se sinteriza después en atmósfera de aire, y asi el metal noble y el promotor como componentes del catalizador se soportan en los elementos substituyentes (Co, W) sobre la superficie del cuerpo cerámico por medio de enlace químico. Por ejemplo, CeC>2 se usa como el componente promotor en un catalizador de tres vías y un catalizador NOx. La cantidad del componente catalizador soportado está preferiblemente en un intervalo desde 0.05 hasta 10 g/L para el catalizador de metal noble y está preferiblemente en un intervalo desde 10 hasta 250 g/L para el promotor. Como se describe arriba, un cuerpo catalizador cerámico soportado directamente con una cantidad requerida del componente catalizador se puede obtener al usar el cuerpo cerámico de la presente invención sin formar una capa de recubrimiento hecha de ?-alúmina. Ya que el cuerpo catalizador cerámico resultante se usa preferiblemente como un catalizador purificador de gas de salida de automóviles y no requiere de una capa de recubrimiento, puede reducir la capacidad térmica para activar el catalizador en una etapa temprana, y es efectivo para reducir el coeficiente de expansión térmica y la pérdida de presión. En el cuerpo catalizador cerámico, el componente catalizador se soporta por medio de un enlace químico por ejemplo, por el hecho de que la órbita de electrones del mismo se traslapa con aquella del elemento substituyente. Por lo tanto, el enlace del cuerpo de cerámica con el componente catalizador, se hace firme en comparación con el método de soportar físicamente los huecos, resultando así en un alto efecto de supresión del deterioro térmico provocado por la aqlomeración de los componentes del catalizador como resultado del movimiento debido a la vibración térmica. Cuando se usa el catalizador promotor, el promotor se puede también soportar parcialmente en el cuerpo cerámico. La figura 6 muestra en lo global un sistema catalizador de purificación de gases de salida de un automóvil, como una aplicación de la presente invención, en donde una región de soporte del promotor se limita al extremo posterior en una dirección del flujo del gas de un cuerpo de cerámica que tiene una estructura de panal. Para activar el catalizador en una etapa temprana, es efectivo reducir la cantidad del catalizador soportado sin soportar al promotor. En un catalizador convencional de tres vías (recubrimiento de ?-alúmina) , se detecta el deterioro al utilizar una capacidad de oclusión del oxígeno del promotor y un sistema de detección del ; i"*¦-ja<A«¿.-J-»á¿'.a deterioro se requiere cuando se pierde el promotor .ri:f¾ tal caso, solamente un catalizador principal se soporta en el lado de la dirección ascendente cercana al motor en donde la temperatura se puede elevar hasta alta temperatura, con lo cual se promueve la activación temprana, mientras que un promotor se soporta en el extremo posterior por lo cual se permite detectar el deterioro por un método de detección convencional. Con respecto a la detección del deterioro, el uso de dos sensores de oxigeno colocados al frente y detrás del catalizador, en el caso en donde una capacidad definida de adsorción/desorción no se puede mantener se juzga como deterioro . En el catalizador NOx, el retraso del control se provoca algunas veces por el promotor que tiene una capacidad de oclusión del oxigeno cuando se desea el control de purga de NOx y de esta manera no se tiende a usar ningún promotor, mientras que puede soportar parcialmente al promotor con tal de que no ejerza influencia sobre el control, con lo cual se mejora el desempeño de la purificación del NOx. Los ejemplos de promotor utilizado en estos propósitos incluyen Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Se, y los elementos lantanoides (La, Ce, Pr, Nd, ?m, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, y Lu),y óxidos de complejo de los mismos. Entre estos promotores, los óxidos u óxidos de complejo que contienen La, Ce, Nd, Zr, Y, Ba y Sr se usan preferiblemente. Como se muestra -en la figura 7 (a) , se hace un catalizador NOx que comprende un promotor soportado en el extremo posterior de un cuerpo de cerámica, y se examina la región de soporte del promotor y la relación de purificación de NOx. Como se muestra en la figuras 8(a) y 8 (b) , cuando el promotor se soporta en la región en donde la distancia del extremo posterior no es menor a 5mm y la distancia del centro no es menor a 10 mm, el efecto de mejora del desempeño de catalizador (desempeño de la purificación de NOx) se puede obtener. Como es aparente de la figura 8(c), la cantidad de promotor soportado en la región de soporte es preferiblemente de 20g/l o superior. La región de soporte del promotor no se limita al extremo posterior, y puede variar según los propósitos y requisitos de desempeño, como se muestra en la figura 7(b) a la 7(e). La cantidad de promotor soportado en la región de soporte se pueden enriquecer por etapas como se muestra en la figura 9(b), sin estar controlada una cantidad dada como se muestra en la figura 9 (a) . La figura 10(a) y la figura 10(b) muestran los resultados obtenidos al medir un cambio en la energía de enlace de W antes y después de soportar el Pt cuando el Pt como componente del catalizador se soporta en un cuerpo de cerámica en donde se sustituye una porción de Al en . Como se muestra en la figura 10 (a) , un pico de W se hace amplio al soportar el componente catalizador y se cambia parcialmente una porción de la energía de enlace de W (de 34.6 eV a 32.7 eV) . Como se muestra en la figura 10(b), que es una vista aumentada, parecen generarse picos plurales (flechas en la gráfica) por una influencia del Pt de soporte, además de un pico de W. En este momento, el pico del cuerpo cerámico basado en 03 fue de 69% y el pico generado por la influencia del soporte del Pt fue de 31%. Como se describe anteriormente, la energía de enlace de W varía con el soporte de Pt y se confirma la existencia de electrones libres que comparten el enlace entre el W sustituido y el Pt . No se observa un cambio en el valor de la valencia en los elementos constituyentes (Si, Al, Mg, O) del otro cuerpo cerámico. De la misma forma, diversos cuerpos catalizadores cerámicos se hacen, al soportar el Pt como un componente catalizador en los cuerpos cerámicos, en donde una porción de Al se sustituye con W, y después la cantidad de Pt soportado en cada cuerpo catalizador cerámico se mide por EPMA. Se calcula un valor promedio a partir de 20 puntos de medición por un cuerpo de catalizador cerámico. Como resultado, la cantidad de Pt soportado (valor promedio) fue de 1.5 g/1. Se encuentra que el desempeño del soporte de catalizador se mejora notablemente en comparación con el cuerpo cerámico hecho de cordierita que no se sustituye con los elementos (cantidad de Pt soportado : 0.02 g/1). Esto muestra que la resistencia de enlace entre el componente catalizador y el cuerpo cerámico se enriquece por la sustitución con el elemento usando W. La figura 11 muestra la resistencia química de enlace del elemento substituyente y el Pt como componente de catalizador en comparación con un caso sin sustitución (Al) cuando Al es el elemento constituyente de la cordierita se sustituye con diversos elementos substituyentes (W, Ti, Ge, Mn, Zr, Pt, Mo) . La ordenada indica un cambio (valor máximo) en la resistencia química de enlace debido al soporte de Pt calculado por un primer cálculo teórico de principio y se encuentra que la fuerza de enlace entre el elemento substituyente y el componente catalizador, se enriquece por la resistencia de enlace entre el elemento substituyente (Al) a ser sustituido y el componente catalizado . Cuando el elemento constituyente del sustrato cerámico se sustituye, por ejemplo, Si (+4), Al (+3) y g (+2), como elementos constituyentes de la cordierita se sustituyen con el elemento substituyente que tiene valores diferentes de valencia, cargas eléctricas pobres y en exceso, que corMtfponden a la diferencia en valor de valencia y cantidad di*' sustitución de los elementos a sustituirse, se generan para provocar defectos en la malla o defectos de oxigeno con objeto de conservar la neutralidad eléctrica para la malla de cristal. Cuando el componente catalizador se soporta sobre el cuerpo cerámico que tiene estos defectos por el método arriba descrito, no solamente se soporta el componente catalizador al enlazarse con el elemento substituyente, sino también el componente catalizador se soporta en los poros formados por estos defectos. Ya que la resistencia de enlace entre los defectos y el componente catalizador es bastante más pequeña que la resistencia de enlace químico del elemento substituyente, es probable que se mueva y aglomere cuando se usa a una temperatura alta por un periodo prolongado, el componente catalizador enlazado a los defectos, por lo cual se provoca el deterioro térmico . Para evitar tal deterioro térmico en el caso de seleccionar un elemento substituyente, el elemento constituyente y el elemento substituyente, se seleccionan preferiblemente de manera que la suma de los números de oxidación del elemento constituyente a ser sustituido, sea igual a la suma de los números de oxidación del elemento substituyente. Por ejemplo, cuando 2 Si., (s) ( +4) como elemento constituyente de la cordierita se sustituyen con cada uno de W( +6) y Co (+2) que tiene valores diferentes de valencia, por lo cual no provocan cambio en el valor de valencia, no se forman los defectos. Ejemplos del elemento hexavalente, con el cual se puede sustituir se incluyen Mo, Cr, Se y Te, además de W. Los ejemplos de elemento divalente incluyen Ni, Cu, Fe, Mn, y Cr, además de Co. Por lo tanto, al usar al menos uno de estos elementos hexavalentes y al menos uno de estos elementos divalentes, el número total de átomos de elementos substituyentes se hace igual con el número de átomos del elemento constituyente (Si) a ser sustituido, mientras que el elemento hexavalente y el elemento divalente se incluyen en proporción 1:1 en la relación del número de átomos. La presencia de los defectos, se puede también eliminar al usar el elemento substituyente que tiene el mismo valor de valencia que aquél del elemento constituyente. Por ejemplo, cuando 2 Si(s) (+4) se sustituyen con un Ce ( +4) y un Zr (+4), que tienen el mismo valor de valencia ya que el valor de valencia no varia, no se forman defectos. En cuanto a la combinación de elementos que tienen diferentes valores de valencia, se pueden también sustituir 2 Si(s) (+4) con cada uno de V (+5) y Cr (+3). Además, 3 Si(s) (+4) se- pueden sustituir con 3 tipos de elementos incluyendo elementos que tienen el mismo o diferentes valores de valencia por ejemplo, 3 tipos de cada uno de W(+6), Fe (+3), y Cr (+3). Alternativamente, se pueden también sustituir cuatro (Si) (s) (4) con 4 tipos de elementos incluyendo elementos que tienen valores iguales o diferentes de valencia. En cualquier case, se seleccionan los elementos substituyentes de manera que la suma de los números de oxidación del elemento constituyente a sustituirse sea igual con la suma de los números de oxidación del elemento substituyente, y que el número de átomos del elemento a sustituirse sea igual con aquél de los elementos substituyentes. La combinación del número de átomos sustituidos con Si (que tiene un valor de valencia +4) y el valor de valencia del elemento substituyente se muestran en la tabla 1, y las especies de elementos y los valores de valencia de los mismos se muestran en la tabla 4. La tabla 2 y la tabla 3 muestran un ejemplo de la combinación del número de átomos a soportarse y el valor de la valencia del elemento substituyente cuando los elementos constituyentes se van a sustituir como Al y Mg . Similarmente, cuando el elemento constituyente Al trivalente, un elemento tetravalente por ejemplo al menos uno de Ti, n, V, Ge, Zr y un elemento divalente por ejemplo, al menos uno de Co, Ni, Cu, Fe, Mn y Cr se pueden seleccionar. El número total de átomos del primer elemento y el segundo elemento, se hace igual con el número de átomos del elemento constituyente (Si) a sustituirse, mientras que el elemento tetravalente y el elemento divalente se incluyen en una proporción 1:1 en la relación del número de átomos. Cuando el número constituyente a sustituirse es el Mg divalente, se puede usar una combinación del elemento trivalente y el elemento monovalente como elemento substituyente . También en el caso en donde los números de átomos a sustituirse es de 3 o más, se pueden emplear diversas combinaciones mostradas en la tabla 2 y la tabla 3. Como se describe arriba la presencia de defectos se pueden eliminar al usar elementos substituyentes, que tienen iguales o diferentes de aquél del elemento constituyente en combinación. Es posible teóricamente eliminar los defectos, pero es difícil eliminar completamente los defectos en la producción real, y pueden existir defectos mientras no se deteriore la cristalinidad y el desempeño catalítico.

[Tabla 1] Combinación del número de átomos substituidos con Si (que tienen un valor de valencia de +4) y un valor de valencia . Número de átomos a substituirse 2 (+ 8) 3 (+12) 4 (+ 16) Combinación del 6, 2 7, 4, 1 7, 7, 1, 1 6, 5, 4, 1 valor de valencia 5, 3 7, 3, 2 7, 6, 2, 1 6f 5, 3, 2 4, 4 6, 5, 1 7, 5, 3, 1 6, 4, 3, 3 6, 4, 2 7, 5, 2, 2 6, 4, 4, 2 6, 3, 3 7, 4, , 1 5, 5, 5, 1 5, 4, 3 ?, , 3, 2 5, 5, 4, 2 4, 4, 4 1, 3, 3, 3 5, 5, 3, 3 5, 5, 2 6, 6, 3, 1 5, , 4, 3 6, 6, 2, 2 4, 4, 4, 4 i r i litiirnt>-tr¾, [Tabla 2] Combinación del número de átomos substituidos con Al (que tienen un valor de valencia de +3) y valor de valencia.

Numero de átomos a substituirse 2 (+ 6) 3 (+ 9) 4 (+ 12) Combinación del 5, 1 7, 1, 1 7 ^ 3· 1^ 1 5/ 3/· ¿÷ i 2 valo de valencia 4, 2 6, 2, 1 7, 2, 2f 1 5, 3, 3, 1 3, 3 5, 3, 1 6, 4, 1, 1 4, 4, 3, 1 5, 2, 2 6, 3, 2, 1 4, 3, 3, 2 4, 4, 1 6/ 2/ 2^ 2 3, 3, 3, 3 4, 3, 2 5, 5, 1, 1 3, 3, 3 5, 4, 2, 1 [Tabla 3] Combinación del número de átomos substituidos con Mg (que tienen un valor de valencia de +2) y valencia. Número de átomos a substituirse 2 (+ 4) 3 (+ 6) 4 (+ 8) Combinación del 3, 1 4, 1, 1 5, 1, 1, 1 valor de valencia 2, 2 3, 2, 1 4, 2, 1, 1 2, 2, 2 3, 3, 1, 1 2 ¿ 2 ^ 2f 2 [Tabla 4] Especies de elemento,!,y valor de valencia de los mismos Con respecto al número permisible de defectos cuando se substituye con el elemento que tiene el valor de valencia que es diferente del elemen:o constituyente, cuando Al de cordierita se substituye, preferiblemente el número de defectos formados por la substitución no es mayor a 2 por peso de la fórmula (2MgO2Al203«5Si02) - La razón es la siguiente. Esto es, el número de los Al trivalentes es 4 por peso de fórmula ( 2MgO«2Al2O3«5Si02 ) y, cuando los Al trivalentes se substituyen con dos hexavalentes, se forman dos defectos y Al se pierde. Por lo tanto, se incrementa la especie del cristal de cordierita, resultando en una estabilidad pobre. Ya que el número de átomos por fórmula es de 29, la proporción de defectos de la malla es preferiblemente de alrededor de 7% en base a los átomos. Cuando el substituyente constituye elementos del substrato de cerámica, la substitución debería ser posible donde la relación del diámetro iónico efectivo del elemento constituyente a substituirse por el elemento de substitución, está en el rango desde 0.7 hasta 2.0. La Tabla 5 muestra la relación del diámetro iónico del elemento constituyente a substituirse por el elemento de substitución, y los posibles sitios de substitución predichos de los mismos.

Tabla 5] (continuación) Las posibles combinaciones de los sitios de substitución con elementos susbtituyentes son, sitio Si + S Al, sitio Si + Mg, sitio Al + Al, sitio Al Mg + Mg. Entre estos, la substitución se considera que toma lugar actualmente en tales sitios que ambos elementos tengan valores similares de valencia y diámetros de ión. Los sitios más probables de substitución, pueden predecirse por simulación. En la simulación, por ejemplo, la estructura de cristal más probable se determina por la densidad funcional, formalmente con varios elementos en los sitios posibles a substituirse, y la energía total se compara entre las estructuras de cristal de varios estados después de la substitución, por lo cual se estimula la posibilidad de solución sólida. La fuerza de enlace con el catalizador puede estimarse de la estructura de cristal más probable así determinada. El método de formalidad de densidad funcional se basa en el hecho de que la energía total de un sistema en el estado base, puede representarse por la densidad funcional de electrones, y determina el estado del electrón en un cristal aplicando una función de Hamilton, que representa la interacción mutua entre los electrones, para la ecuación de onda. Este método es apropiado para la predicción del estado del electrón en la interfase entre la superficie de un soporte hecho de un óxido u otro material y el componente catalizador. La Figura 12(a) muestra la energía del cristal para varios sitios de solución sólida con Ti, en comparación del caso usando W y Ti como los elementos substituyentes y un caso usando solamente W (Si y Al, sitio Mg) . La simulación por el método de densidad funcional se lleva a cabo formalmente en el modelo mostrado en la Figura 12 (b) bajo las siguientes condiciones de equipo y programa de computadora . Pre/post: Cerius 2 Analizador: CASTEP W/S: SGI Octane 2 Tiempo CPU: Aproximadamente 70,000 segundos La resistencia del enlace entre el catalizador de metal noble (Pt) y el elemento susbtituyente, se estima como se muestra en la Tabla 6.

[Tabla 6] Con base en la estimulación descrita arriba, se ha encontrado que es altamente probable que W substituya en los sitios Si y Al y otros elementos substituyentes tales como Ti substituyan en el sitio de Al o Si. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (45)

1. Reivindicaciones . Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Un cuerpo cerámico, caracterizado porque uno o más de los elementos que constituyen un substrato cerámico están substituidos con otro elementos diferentes a los elementos constituyentes, y un componente catalizador puede soportarse directamente en el elemento substituyente .
2. 2. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente catalizador se soporta en el elemento substituyente por medio de enlace químico.
3. 3. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el substrato cerámico contiene cordierita como el componente principal del mismo.
4. 4. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el substrato cerámico contiene cordierita en una concentración no menor al 1% en volumen.
5. 5. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el substrato cerámico contiene cordierita en una concentración no menor al 5% en voluntan» 1
6. 6. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento constituyente a substituirse contiene al menos un tipo seleccionado de entre el grupo que consiste de Si, Al y Mg.
7. 7. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la relación del diámetro del ión efectivo del elemento constituyente a substituirse para el del elemento substituyente, está en el rango desde 0.7 hasta 2.0.
8. 8. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento substituyente es uno o más elementos que tienen una órbita d ó f en las órbitas del electrón de los mismos.
9. 9. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento substituyente tiene una órbita vacia en la órbita d ó f del mismo.
10. 10. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el elemento susbtituyente es al menos uno del tipo seleccionado de entre un grupo que consiste de Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Mo, Ru, Rh, Ce, W, Ir y Pt .
11. 11. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento substituyente es al menos uno del tipo de elemento que tiene dos o más estados de oxidación.
12. 12. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el elemento substituyente es al menos uno del tipo seleccionado de entre un grupo que consiste de Cu, Ga, Ge, Se, Pd, Ag y Au.
13. 13. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de la solución sólida del elemento substituyente, no es menor a 5 ppb del número de átomos del elemento constituyente a substituirse.
14. 14. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de la solución sólida del elemento substituyente no es menor que 5 ppm del número de átomos del elemento constituyente a substituirse.
15. 15. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de la solución sólida del elemento substituyente está en el rango desde 0.01% hasta 50% del número de átomos del elemento constituyente a substituirse.
16. 16. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la proporción de la solución sólida está en el rango desde 2 hasta 7% del número de átomos del elemento constituyente a substituirse en el substrato cerámico que contiene cordierita como el componente principal, la proporción está en el rango desde 5 hasta 15% del número de átomos del elemento constituyente a substituirse en el substrato cerámico que contiene titania como el componente principal, y la proporción está en el rango desde 1 hasta 5% del número de átomos del elemento constituyente a substituirse en el substrato cerámico que contiene alúmina como el componente principal.
17. 17. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente catalizador contienen el elemento de al menos un tipo seleccionado de entre un grupo que consiste de Pt, Rh, Pd, Ir, Au, Ag, Ru, Hf, Ti, Cu, Ni, Fe, Co, W, Mn, Cr, V, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Se, Ba, K y elementos lantanoides como el catalizador principal o componente promotor .
18. 18. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente catalizador contiene Pt, Rh, Pd, e Ir como el catalizador principal, y uno o más elementos seleccionados de Y, Zr, La y Ce u óxidos de los mismos como el promotor.
19. 19. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente catalizador puede soportarse por el hecho de que una órbita del electrón se traslapa con la del elemento substituyente .
20. 20. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente catalizador puede soportarse por medio de enlace iónico con el elemento substituyente.
21. 21. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento constituyente y el elemento substituyente se seleccionan de manera que la suma de los números de oxidación del elemento constituyente a substituirse, es igual a la suma de los números de oxidación del elemento substituyente.
22. 22. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque uno de los elementos constituyentes se substituye con el elemento de substitución que tiene el mismo valor de valencia como el del anterior.
23. 23. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque uno de los elementos constituyentes se substituye con una pluralidad de los elementos substituyentes que tienen diferentes valores de valencia como el del anterior.
24. 24. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, aunque el elemento constituyente está substituido con dos tipos de los elementos substituyentes, con los dos tipos de elementos estando incluidos en una proporción de 1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los dos tipo de elementos siendo igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
25. 25. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque ambos elementos constituyentes a substituirse con los dos tipos de elementos substituyentes, se localizan en el sitio Si.
26. 26. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque uno de los elementos constituyentes a substituirse con los dos tipos de elementos substituyentes se localizan en el sitio Si y el otro se localiza en el sitio Al.
27. 27. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque uno de los elementos constituyentes a substituirse con los dos tipos de elemento substituyente, se localiza en el sitio Si, y el otro se localiza en el sitio Mg.
28. 28. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque ambos elementos constituyentes a substituirse con los dos tipos del elemento substituyente se localizan en el sitio Al.
29. 29. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque uno de los elementos constituyentes a substituirse con los dos tipos del elementos substituyente se localiza en el sitio Al, y el otro se localiza en el sitio Mg.
30. 30. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque los elementos constituyentes a substituirse con los dos tipos de elemento substituyente se localizan en el sitio Mg .
31. 31. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente esté substituido con tres tipos de elementos substituyentes, dos de los tres tipos de elementos tiene el mismo valor de valencia, con los dos tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia y el otro tipo de elemento estando incluido en la proporción de 2:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los tres tipos de elementos siendo igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
32. 32. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras que el elemento constituyente está substituido con tres tipos de elementos substituyentes , mientras los tres tipos de elementos tienen diferentes valores de valencia, con los tres tipos de elementos estando incluidos en la proporción de 1:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los tres tipos de" elementos siendo igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
33. 33. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente está substituido con tres tipos de elementos substituyentes, con al menos uno de los tres tipos de elementos teniendo el mismo valor de valencia que el del elemento constituyente, los tres tipos de elementos incluidos en la proporción de 1:1:1 en la relación del número de átomos, y. el número total de átomos de los tres tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
34. 34. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento atea constituyente está substituido con cuatro tipos de elementos substituyentes, mientras dos de los cuatro tipos de elementos tienen el mismo valor de valencia y los otros dos tipos de elementos tienen el mismo valor de valencia, los pares de cada uno comprenden los dos tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia incluidos en la proporción de 1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los cuatro tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
35. 35. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente está substituido con cuatro tipos de los elementos substituyentes, dos de los cuatro tipos de elementos tienen el mismo valor de valencia, los dos tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia y los restantes dos tipos de elementos incluidos en la proporción de 2:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los cuatro tipos de elementos son iguales al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
36. 36. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente está substituido con cuatro tipos de elementos substituyentes, dos de los cuatro tipos de elementos tienen el mismo valor de valencia como los elementos constituyentes, los dos tipos de elementos tienen el mismo valor de valencia y los restantes dos tipos de elementos incluidos en la proporción de 2:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los cuatro tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
37. 37. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente está substituido con cuatro tipos de elementos substituyentes, tres de los cuatro tipos de elementos tienen el mismo valor de valencia, los tres tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia y el tipo restante de elemento están incluidos en la proporción de 3:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los cuatro tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse.
38. 38. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente está substituido con cuatro tipos de elementos substituyentes, con los cuatro tipos de elementos incluidos en la proporción de 1:1:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los cuatro tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse .
39. 39. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el elemento constituyente es Si, Al o Mg, mientras el elemento constituyente está substituido con cuatro tipos de elementos substituyentes, con al menos uno de los cuatro tipos de elementos que tienen el mismo valor de valencia como el del elemento constituyente, los cuatro tipos de elementos están incluidos en la proporción de 1:1:1:1 en la relación del número de átomos, y el número total de átomos de los cuatro tipos de elementos es igual al número de átomos de los elementos constituyentes a substituirse .
40. 40. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el substrato cerámico es cordierita, aunque el número de defectos de la malla formados al substituir el elemento constituyente con el elemento substituyente que tiene una carga eléctrica de más de 2 por peso fórmula (2 gO2Al203«5Si02) .
41. 41. El cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se forma en una estructura de panal, espuma, fibra hueca, fibra, polvo o pelotillas .
42. 42. Un cuerpo catalizador cerámico, caracterizado porque comprende el cuerpo cerámico de conformidad con la reivindicación 1 que soporta el componente catalizador en éste .
43. 43. El cuerpo catalizador cerámico de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque el componente catalizador contiene un catalizador principal y un componente promotor, aunque el componente promotor está parcialmente soportado en una parte del cuerpo cerámico .
44. 44. El cuerpo catalizador cerámico de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque 20 g/1 o más del componente promotor se soportan en la porción del cuerpo cerámico que soporta el componente promotor.
45. 45. El cuerpo catalizador cerámico de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque un material de lavado del recubrimiento está soportado parcialmente en una parte del cuerpo cerámico.