專利名稱：：用于高孔隙率陶瓷體的低熱膨脹系數粘合系統及其制造方法
技術領域：
：本發明一般涉及一種高孔隙率陶瓷體的粘合系統，特別涉及一種用于粘合相鄰纖維以形成陶瓷體的低熱膨脹系數粘合系統，以及制造此陶瓷體的方法。
背景技術：
：高級陶瓷材料被普遍用于處于惡劣環境中的系統，例如，汽車發動機(例如催化轉化器)、航空航天應用(例如航天飛機防熱瓦)、耐火操作(例如耐火磚)和電子設備(例如電容器、絕緣器)。多孔陶瓷體特別用作這些環境中的過濾器。例如，現在的汽車工業采用陶瓷蜂窩基底(即一種多孔陶瓷體)作為廢氣的催化氧化和還原主體，并過濾顆粒排放物。蜂窩狀陶瓷基底為過濾提供了高比表面積，并為催化反應提供支持，同時，它在與汽車發動機環境相關的高運行溫度下能保持穩定和非常可靠的結構。一般說來，目前的許多高級多孔陶瓷體是用復合陶瓷材料(即不同陶瓷材料和/或陶瓷材料的不同相的組合物)制成的。復合材料可以改變材料的特征使其適合特定用途。即，可以將兩種或多種不同材料和/或一種材料的不同相組合起來制成一種復合材料，其材料性質可通過用于形成復合材料的各種不同材料和/或不同相的比例和位置控制。在惡劣環境中使用復合材料，例如，極端溫度環境，由于各種組合材料的熱膨脹性質差異，可能導致開裂。此外，具有高熱膨脹系數的材料也可能發生不必要的膨脹，從而使設計受限并導致設計失效。
發明內容一般而言，本文所述的實施方式提供了多孔陶瓷復合材料及其制備方法。此多孔陶瓷復合材料包含大量纖維，這些纖維用一種低熱膨脹系數材料粘合。特別是，此多孔陶瓷復合材料是由大量纖維和一種粘合系統形成的陶瓷體，這些纖維具有第一熱膨脹系數，此粘合系統具有第二熱膨脹系數。第二熱膨脹系數比第一熱膨脹系數低，因此，當纖維和粘合系統結合，所形成的多孔陶瓷體具有第三熱膨脹系數，此系數介于第一和第二系數之間。一般來講，粘合系統是在多孔陶瓷體的加工過程中形成的。即是，具有低熱膨脹系數的粘合系統是由兩種或多種成分發生反應形成的。將低熱膨脹系數材料用于粘合系統，即可制造出一種在高溫下具有最小開裂和最小膨脹的多孔陶瓷體。一方面，本公開所述的實施方式針對一種多孔陶瓷體，包括一種纖維基底，此基底包含大量具有第一熱膨脹系數的纖維，和一種具有第二熱膨脹系數的粘合系統。第二熱膨脹系數低于第一熱膨脹系數。粘合系統局部粘合了此大量纖維中的至少兩個纖維，形成一種多孔陶瓷體。本發明此方面的實施方式可包含下列一項或多項特征。在一些實施方式中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數至少比第一熱膨脹系數低約10%(例如10%、15%、20%等)。在某些實施方式中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數至少比第一熱膨脹系數低約20%以上(例如25%、30%、40%、50%、60%、70%等)。用于多孔陶瓷體的粘合系統可包含一種單相材料，例如，一種玻璃、一種玻璃-陶瓷、一種陶瓷或金屬。在其他實施方式中，粘合系統為一種多相材料。即，粘合系統包含兩相或多相。用于多孔陶瓷體的纖維可為陶瓷纖維中的任何一種，包括但不限于玻璃纖維(例如E-玻璃纖維或S-玻璃纖維)、耐火陶瓷纖維(例如硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或碳化硅纖維)、生物可溶性纖維(例如玻璃質硅酸鎂纖維或硅酸鈣纖維)。一般來講，纖維的縱橫比為大于l但小于或等于2，000。一般來講，纖維的直徑范圍為約100納米至約100微米。在某些實施方式中，纖維直徑范圍為約100納米至約10微米，而在一些實施方式中，纖維直徑范圍為2微米至10微米。在另一方面，本文所述的實施方案針對一種多孔陶瓷體，該陶瓷體包含大量用一種粘合系統粘合的纖維，此粘合系統的熱膨脹系數比纖維的熱膨脹系數低。此粘合系統粘合了此大量纖維中的至少部分相鄰纖維，形成一種多孔陶瓷體，其孔隙率約大于20%。粘合系統形成陶瓷體的約10體積％至約60體積％(即占形成陶瓷體的材料體積(不包括孔)的約10%至約60%)。本發明此方面的實施方式可包含下列一項或多項特征。在一些實施方式中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數至少比纖維的熱膨脹系數低約10%。在某些實施方式中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數至少比第一熱膨脹系數低約20%以上。用于多孔陶瓷體的粘合系統可包含一種單相材料，例如，一種玻璃、一種玻璃-陶瓷、一種陶瓷或一種金屬。在其他實施方式中，粘合系統為一種多相材料。即，粘合系統包含兩相或多相。用于多孔陶瓷體的纖維可為陶瓷纖維中的任何一種，包括但不限于玻璃纖維(例如E-玻璃纖維或S-玻璃纖維)、耐火陶瓷纖維(例如硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或碳化硅纖維)、生物可溶性纖維(例如玻璃質硅酸鎂纖維或硅酸鈣纖維)。一般來講，纖維的縱橫比為大于1但小于或等于2,000。一般來講，纖維的直徑范圍為約100納米至約100微米。在某些實施方式中，纖維直徑范圍為約100納米至約10微米，而在一些實施方式中，纖維直徑范圍為2微米至10微米。在某些實施方式中，多孔陶瓷體還包含沉積于此大量纖維中的至少部分纖維上的催化涂層。另一方面，本文描述的實施方式針對一種形成多孔體的方法。此方法包括提供一種混合物，此混合物包含大量具有第一熱膨脹系數的纖維和至少兩種反應成分；此混合物形成一種纖維體，至少兩種反應成分發生反應形成具有第二熱膨脹系數的粘合系統，第二熱膨脹系數比第一熱膨脹系數低。粘合系統局部粘合此大量纖維中至少兩個纖維，形成多孔體。本發明此方面的實施方式可包含下列一項或多項特征。在一些實施方式中，使用此方法形成的多孔陶瓷體具有第三熱膨脹系數，此熱膨脹系數至少比第一熱膨脹系數低約10%。在某些實施方式中，多孔陶瓷體的熱膨脹系數至少比第一熱膨脹系數低約20%以上。為了形成纖維體，可使用已知的擠出方法擠出混合物。在其他實施方式中，此混合物可用模具成型或用其他方式成型。在某些實施方式中，粘合系統包含一種單相材料，例如一種玻璃、一種陶瓷、一種玻璃-陶瓷、或金屬。在其他實施方式中，粘合系統可能為一種復合材料，或一種微裂紋材料。在其他實施方式中，粘合系統包含一種多相材料。本發明的此方面使用的混合物還包含一種或多種選自以下群組的添加劑一種流體、一種粘合劑和一種造孔劑。這些添加劑可用于獲得將混合物擠出或成型為纖維體所需的粘稠度。在其他實施方式中，這些添加劑中的一種或多種增大了所得多孔陶瓷體的孔隙率。在某些實施方式中，通過加熱纖維體可基本除去此添加劑。在另一方面，本文描述的實施方式針對一種多孔蜂窩體。此蜂窩體包含一系列蜂窩狀壁，此壁界定了相鄰壁間的通道。此壁含有大量纖維，這些纖維經粘合形成一種具有一開放孔網絡的多孔結構。蜂窩體，即一系列壁，所具有的熱膨脹系數比此大量纖維的熱膨脹系數低。本發明此方面的實施方式可包含下列一項或多項特征。此蜂窩體可用于形成一種過濾器，例如用于柴油廢氣的過濾器。在一實施方式中，此過濾器可包含一外殼，此外殼包括一個入口和一個出口，入口和出口間放置多孔蜂窩體。在一些實施方式中，此過濾器還包含至少一種沉積于壁上的大量纖維上的催化劑(例如，一種催化涂層)。在另一方面，本文描述的實施方式針對一種形成多孔蜂窩狀基底的方法。此方法包括將大量纖維、流體和兩種或多種反應成分混合，形成一種可擠出混合物；將混合物擠出形成一種蜂窩狀基底；加熱蜂窩狀基底除去流體;以及使兩種或多種反應成分反應，在此大量纖維中的至少兩個纖維間部分形成一種粘合材料。通過反應形成的這種粘合材料的熱膨脹系數比此大量纖維的熱膨脹系數低。在附圖中，不同視圖中相同的引用字符通常指相同部件。并且，這些附圖并不一定符合比例，其重點在于描述本發明的原理。圖1為符合本公開一實施方案的一種多孔陶瓷體的剖面示意圖。圖2為符合本公開一實施方案的一種多孔陶瓷體的形成方法示意圖。圖3A和3B分別為加熱處理前后造孔劑和粘合劑存在和不存在時的剖面示意圖。圖4為多孔陶瓷體局部放大剖面示意圖。圖5為多孔陶瓷體的其他實施方式的局部剖面示意圖。圖6為多孔陶瓷體另一實施方式的局部剖面示意圖。圖7為一個蜂窩體的透視圖。圖8為相互粘合形成一較大體的多個蜂窩體的透視圖。圖9為一種包含圖7所示蜂窩體的過濾器的剖面示意圖。圖10為符合本公開一實施方案的一種蜂窩體的形成方法示意圖。具體實施例方式化石燃料成本的上升以及環境問題使提高發動機效率同時維持汽車性能的需求日益突出。由于柴油汽車(例如，柴油機轎車、柴油機卡車、柴油機公共汽車)的市場占有率，特別是在人口密集地區，因此改進其效率尤為重要。將復合陶瓷纖維材料用于柴油機過濾器有助于達到這些效率。例如，比起其他材料，例如金屬，陶瓷材料的重量較輕。此外，陶瓷材料可耐受高溫惡劣環境，例如催化過濾器周圍的環境。此外，可改變復合陶瓷材料的性質，以提供最佳材料性能。在柴油機汽車中，在催化過濾器內使用具有高熱膨脹系數的復合陶瓷材料會減弱或降低性能和/或設計靈活性。特別是，柴油機過濾器可能會在再生過程(即用于燒除嵌在過濾器內的顆粒的一種高溫循環)中開裂。因此，應盡可能降低用于柴油機過濾器的復合材料的熱膨脹系數，這是有益的。此外，柴油機過濾器的性能隨熱震參數(TSP)值的增加而增加。熱震參數的定義如下TSP二斷裂模量(M0R)除以楊氏模量與復合材料的熱膨脹系數的乘積。因此，具有低熱膨脹系數的復合材料將具有更好的性能。現在看圖，圖1顯示了可用于柴油發動機的催化過濾器中的一種多孔陶瓷體100的一部分。此多孔陶瓷體100包括大量纖維110和一種粘合劑系統115。粘合劑系統115局部粘合了兩個或多個相鄰纖維(例如110a、110b和110c)，從而形成陶瓷體100的結構。相鄰纖維，例如，110a、110b和110c，界定了陶瓷體100內的孔120。一般來講，可將多孔陶瓷纖維體100的孔隙率選為任何值(例如超過0%但小于99%)。在某些實施方式中，陶瓷體100的孔隙率至少為約20%。在一些實施方式中，陶瓷體的孔隙率超過約20%(例如25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%等)。在某些實施方式中，陶瓷體100包含一開放孔網絡。g卩，？L120形成通道，使流體(例如氣體)可以流過陶瓷體100。纖維110與粘合系統115相結合，形成多孔陶瓷體100(即，一種復合陶瓷體)。多孔陶瓷體100內存在的纖維110和粘合系統115會影響復合材料的材料性質。即，多孔陶瓷體100的材料性質取決于纖維和粘合系統115的材料性質和相對含量。因此，可通過選擇纖維、粘合系統的具體濃度，可能還要選擇纖維和粘合系統的尺寸、形狀、分布和方向，改變復合材料(即陶瓷體100)的材料性質，使其適合具體應用。例如，本發明的一實施方式的多孔陶瓷體100(即a陶瓷體)的熱膨脹系數通常定義如下陶瓷體=纖維+V粘合系統(粘合系統—纖維)其中粘合系統和纖維的體積分數之和(即V粘合系統和V纖維)等于1(即100%)。在本發明的陶瓷體中(例如陶瓷體100)，纖維110的熱膨脹系數比粘合系統115的熱膨脹系數大。S卩，ff(文中也稱為第一熱膨脹系數)比粘合系統大(文中也稱為第二熱膨脹系數)。在一些實施方式中，第二熱膨脹系數至少比第一熱膨脹系數低約15%或低更多(例如20%、25%、30%等)。粘合系統的熱膨脹系數低于纖維時，使用此粘合系統制得的陶瓷體100具有的熱膨脹系數比纖維的熱膨脹系數低。此外，體積分數介于約40%至約99%時，陶瓷體100的熱膨脹系數取決于粘合系統的熱膨脹系數。例如，如果纖維的熱膨脹系數為5，將此纖維與熱膨脹系數為4的粘合系統結合，粘合系統的體積分數(V為.75，則所得復合物的熱膨脹系數為4.25，此值比纖維的熱膨脹系數低15%，但僅比粘合系統的熱膨脹系數高6%。也可將有微裂紋的材料用于粘合系統，這樣可有效降低粘合系統115的熱膨脹系數，降低陶瓷體100的熱膨脹系數。由于亞微米大小的裂縫或裂隙的存在，這些裂縫或裂隙會在材料加熱膨脹時閉合，冷卻時裂開，因此用作粘合系統115中的組分的微裂紋材料具有低表觀熱膨脹系數，可以減弱超溫時聚集的應力。例如，氧化鋁(A1203)和鈦氧化物，或氧化鈦(Ti02)可發生反應形成鈦酸鋁(Al2Ti05)，這種物質具有正交晶體結構，能夠在燒結的多晶或非晶材料中形成穩定的微裂紋結構。在此例子中，鈦酸鋁材料可提供一種低表觀熱膨脹系數材料，此材料在陶瓷體100的相鄰纖維110間形成陶瓷粘合。鈦酸鋁材料可通過添加氧化鋁基組分和鈦基組分通過反應形成。同樣地，鈦酸鋁的反應形成可通過氧化鋁或氧化鈦基添加劑與來自纖維110組成物中的氧化鋁及/或氧化鈦成分反應實現，從而在二氧化硅基玻璃基體內形成微裂紋鈦酸鋁結構。參閱圖2，多孔體(例如，陶瓷體100)的一種形成方法，包括三個步驟，210、220和230。首先，在步驟210中，將含有大量纖維(例如纖維110)的混合物和用于形成粘合系統的成分(例如115)混合。這些成分可為顆粒、粉末、纖維或液體。此混合物可通過單獨的步驟提前制備，提供給多孔體制造商。除了用來形成粘合系統的纖維和成分，也可將其他添加劑，例如造孔劑和流變改性劑(例如流體、粘合劑、增塑劑)加入混合物。造孔劑為多孔陶瓷體100提供了額外的開放空間，流變改性劑有助于混合物的成型或形成。接下來，如步驟220所示，用混合物形成纖維體。在一些實施方式中，混合物可擠出成型、通過模具成型或用其他方法成型。可加熱成型物，以除去部分或全部造孔劑和流變改性劑(見圖3A和3B，這兩幅圖分別顯示了造孔劑305和粘合劑310存在和不存在時的狀況)。從而減少或除去過量的水和添加劑，以實現纖維與纖維的接觸。進一步加熱可形成纖維間的粘合。應當認識到，可以通過多種方式形成粘合。例如，可對纖維進行加熱以在兩纖維相交處形成流體輔助的燒結粘合。在其他實施方式中，粘合通過存在于混合物中的無機粘合劑產生，該混合物將纖維在連接的網絡中結合在一起，并且不會在步驟220中被燒除。最終，混合物內的成分反應形成粘合系統。即是，這些成分通過反應(例如成分間發生反應)形成粘合系統115，此系統的熱膨脹系數比纖維110的低。在一個實施方式中，將成型物加熱，啟動各成分的反應。一般來講，在步驟220中，這些成分傾向于在纖維相交處沉積，這樣當發生反應時，粘合系統115就可以將相鄰纖維粘合起來(例如圖1中的110a、110b、110c)，從而增強成型物，得到多孔陶瓷體。反應成分示例如下表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>鋰鋁氧化物粉+膠體二氧化硅J3-鋰霞石表1:反應成分及所得粘合系統示例也對陶瓷體進行其他熱處理和/或涂上其他涂層(例如催化涂層)，如可選步驟240和250所示。粘合系統在步驟230形成，如圖2所示，此系統的熱膨脹系數比纖維的熱膨脹系數低。由于所有用方法200生成的粘合系統均有此特性，因此粘合系統本身有許多實施方式。例如，參見圖4，粘合系統415可為一種單相材料，例如一種玻璃、一種陶瓷、一種玻璃陶瓷或金屬。即，這些組分發生反應形成一種單相材料，將兩個或多個纖維110局部粘合起來。在另一實施方式中，如圖5所示，粘合系統515可為雙相材料，其中各種組分反應形成一種基體，基體中包含第一相材料517和沉積在基體內的第二相材料519。例如，在一實施方式中，第一相材料517含有一種玻璃，第二相材料含有一種玻璃-陶瓷。也可能為其他材料/相組分。例如，第一相材料517可由一種陶瓷材料構成，第二相材料519可包含一種玻璃。在另一說明性實施方式中，第一相517由第一種玻璃構成，第二相由第二種玻璃519構成。在另一實施方式中，第一相517含有一種陶瓷，第二相含有一種金屬。參閱圖6，可用于一多孔陶瓷體中的另一粘合系統615，包含第一相617、第二相619和第三相621。根據此實施方式的一說明性粘合系統包含玻璃形成的第一相617、玻璃-陶瓷形成的第二相619和陶瓷形成的第三相621。也可能為其他三相粘合系統實施方式。此外，還應了解，可使用任何數量的相/材料(例如，一、二、三、四、五等)形成粘合系統。即，方法200中的步驟210和230所述的反應成分形成的粘合系統可以包含任何數量的材料和/或相，只要粘合系統的熱膨脹系數比纖維的熱膨脹系數低。本發明的陶瓷體主要由纖維構成，使粘合系統，作為一單相或多相組分，通常導致總體積分數約為5%至49%。用于形成粘合系統的玻璃的一說明性列表包括二氧化硅玻璃、硼硅酸鹽玻璃、Ti02-Si02、二硅酸釔(Y203-Si02)、硅酸鈰(Ce02-Si02)、Cu20-Al203_Si02和磷酸鹽玻璃。用于形成粘合系統的玻璃-陶瓷的一說明性列表包括堇青石、鋁酸鈣、P-鋰輝石、P-鋰霞石、Zr2P209、綠玉石(Be3Al2S:U018)、硅酸鋁鋇(BaAl2Si208)、硅酸鋁鍶(SrAl2Si208)、磷酸鋯鈉(NaZr2(P04)3)、磷酸鈦轉鋯(CaZr4Pfi024)和鴇酸鋯(ZrW207，或ZrV207)。用于形成粘合系統的陶瓷的一說明性列表包括鈦酸鋁、氧化鋯鈦(ZrTi04)、鈦酸鉿(HfTi04)、碳化硅、氮化硅、氮化鋁和鈮酸鎂鉛(PMN)。多孔陶瓷體(例如圖1中所示的體100)中使用的纖維IIO為陶瓷纖維。這些纖維的縱橫比(即纖維長度除以纖維直徑的比率)大于一。纖維這種材料的長度大于直徑，例如，縱橫比超過一，或超過三，纖維不包含單晶結構，例如晶須，或自然生成的細長或非球狀顆粒，也不是顆粒的聚集體，這種聚集體的形狀可能不為通常的球形。纖維，可自然生成，也可人工合成，是本領域中已知的，常用于耐火制品，例如用作毯子、墊子和障礙物的隔熱層。如本文所用，出于簡便考慮，在確定纖維"直徑"時假定纖維橫截面的形狀為圓形；這種簡化假定在應用于纖維時不考慮其實際的橫截面形狀(例如方形、矩形等)。在某些實施方式中，纖維的縱橫比小于或等于2,000。即，在某些實施方式中，纖維的直徑為微米或亞微米級(例如1微米)，纖維的長度則為幾毫米(例如2毫米)。一般來講，纖維的直徑范圍為約100納米至約100微米。但是，在某些實施方式中，纖維的直徑為約100納米至約10微米，而在一些實施方式中，纖維的直徑為約2微米至約10微米。纖維可由任何類型的陶瓷材料形成，例如耐火陶瓷材料(例如硅酸鋁纖維)。在一些實施方式中，纖維為生物可溶性，即纖維可在人體或生物體內溶解。用于方法200中的陶瓷纖維的一說明性列表包括但不限于，氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、氧化鈦、硅酸鋁、莫來石、硅酸硼鋁、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氮氧化硅、碳氮化硅、堇青石、e-鋰輝石、羥基磷灰石、釔鋁石榴石、氧化鋁增強熱障、氧化鋁二氧化硅氧化鋯、氧化鋁二氧化硅氧化鉻、硅酸鎂、硅酸鍶鎂、硅酸鍶鈣鎂、硅酸鋁鍶、硅酸鋁鋰、鈦酸鋁、鈦酸鍶、碳化鈦、硅酸鋁鈣、"IS0FRAX"(—種生物可溶性玻璃質硅酸鎂纖維，來自UnifraxCorporation,NiagraFalls,NY)和"SUPERW00L"(一種生物可溶性產品家族，來自ThermalCeramics,AugustaGA)。參閱圖7，圖中顯示了一多孔蜂窩體710。蜂窩體710具有一系列壁715，這些壁界定了相鄰壁715間的通道720。壁715包含上文所述的多孔陶瓷體(例如體100)。g卩，壁715包含大量纖維，這些纖維用一種具有低熱膨脹系數的粘合系統粘合，形成一種具有開放孔網絡的多孔結構。由于粘合系統的熱膨脹系數較低，壁的熱膨脹系數比此大量纖維的低。蜂窩體710可制成多種形狀，例如，圓柱體(如圖7所示)、扇形或接近圓柱體、長方形(如圖8所示)，或菱形。可將這些蜂窩體710粘起來形成一分段體，如圖8所示。通過將這些體粘合起來，可制得任何大小、形狀或尺寸的蜂窩形式。由于采用了低熱膨脹系數的多孔復合材料，因此不必用低楊氏模量的膠/粘合劑粘合較小部件以形成較大形狀，即可擠出或形成寬度較大(例如直徑為5.66英寸至14英寸)的形狀(例如圓柱體)。擠出或形成較大寬度的能力提供了生產工藝上的靈活性，并可能降低批量生產的成本。圖9描繪了用圖7的多孔蜂窩體710制成的過濾器900的剖面圖。過濾器900包含一個外殼920，此外殼包在多孔陶瓷體710夕卜。外殼包含一個入口905和一個出口907，供氣體(例如廢氣)穿過。外殼920和蜂窩體710間為墊子930，起到支持和形成外殼920和蜂窩體710間的氣密層的作用。通過用出口封堵塊960和入口封堵塊970有選擇地封堵相間通道，形成大量入口通道940和出口通道950，使蜂窩體710具有一種壁流結構。在此實施方式中，壁715內的開放孔網絡提供了足夠的孔隙率和滲透率，可以允許通過入口和出口通道940、950間的壁715。因此，顆粒狀物質可以在入口通道壁940上聚集，并通過過濾器900的氣流將其除去。涂層，例如催化涂層或其他反應涂層，可以在壁715表面或內部沉積，以提高壁715捕獲的顆粒的氧化率。例如，對于用于柴油機汽車環境中的過濾器，壁715上可涂上催化涂層，以促進聚集的煙塵的氧化，并加快廢氣向危害性較小的成分的轉化。必須涂上洗涂層和催化劑涂層，以防它們破壞粘合系統基體組分的化學性質和微觀結構。可使用其他催化劑，例如膜型洗涂層和可用于在膜/流體接口進行物理和/或化學分離的催化劑。將復合基體結構和微裂紋結構涂上涂層的工藝是本領域廣為人知的工藝。圖10描述了形成蜂窩體的一種方法，例如圖7所示的蜂窩體710。首先，如步驟1010所述，將大量纖維、流體和兩種或多種反應成分混合，形成可擠出混合物。混合物中添加的流體可包含流變改性劑，以實現混合物的有效擠出。獲得所需的粘稠度后，將混合物擠出形成蜂窩體(步驟1020)，然后加熱除去過量流體(步驟1030)。最后，加熱或用另一種催化劑使兩種或多種反應成分反應，在纖維間形成粘合材料(步驟1040)。所得粘合材料的熱膨脹系數比纖維的熱膨脹系數低。在將蜂窩體用于過濾器的實施方式中，插入入口和出口封堵塊(例如圖9中的940、950)，形成穿過過濾器的流動通道(可選步驟1050)，或者，將蜂窩體改造成橫流過濾器，其中濾液被迫流入蜂窩體，并從蜂窩體中抽出。此外，可將一個催化涂層用于過濾器，使過濾器在其預期應用中具有反應功能，例如，促進柴油機顆粒過濾器中捕獲的煙塵的氧化反應(可選步驟1060)。本文所述的對本領域常規技術的改變、修改或其他應用不偏離本發明的宗旨，也在本發明范圍內。例如，當一些多孔陶瓷體的實施方式被描述為過濾器，特別為柴油機過濾器時，此多孔陶瓷體也可用于需要低熱膨脹系數的任何應用，例如，用于航空航天工業、液體過濾、橫流過濾、熔融金屬過濾、固定床化學反應器、蜂窩狀大表面積吸附劑和高溫反應器。實例下列實例對本公開進行了進一步描述，以便于理解本公開。這些具體實例旨在說明本公開，不對其進行限制。在第一個說明性實例中，將氧化鈦(二氧化鈦，Ti02)用作一種與莫來石纖維(用作第二反應成分和形成纖維體的纖維)反應的成分，用20.88重量％多晶莫來石纖維和11.90重量％氧化鈦粉制備一種可擠出混合物。在此示例性實施方式中，6.68重量％羥丙基甲基纖維素(HPMC)被用作一種有機粘合劑和流變改性劑，27.14重量％碳粒(-325目級)和33.40重量％去離子水被用作一種混合流體。這些材料混合成可擠出混合物，并通過擠出形成1英寸直徑蜂窩狀基底。用射頻(RF)干燥設備干燥此基底，并除去有機化合物，然后在1，500。C下燒結兩小時，形成多孔蜂窩狀結構。在此實施方式中，經測定，多孔陶瓷體的熱膨脹系數為1.2x10—7°C，比莫來石纖維的熱膨脹系數(5x10—7°C)低約76%。在第二個說明性實例中，將氧化鈦和膨潤土(膨潤土中至少含有硅酸鋁、氧化鎂和氧化鈣，獲自SouthernClayProducts,Gonzales,TX)用作與莫來石纖維反應的成分，用22.62重量％多晶莫來石纖維、4.07重量％膨潤土粉和4.52重量％氧化鈦粉制備一種可擠出混合物，膨潤土粉和氧化鈦粉作為反應成分。在此示例性實施方式中，7.24重量％羥丙基甲基纖維素(HPMC)被用作一種有機粘合劑和流變改性劑，29.41重量％碳粒(-325目級)和32.13重量％去離子水被用作一種混合流體。這些材料混合成可擠出混合物，并通過擠出形成1英寸直徑蜂窩狀基底。用射頻(RF)干燥設備干燥此基底，并除去有機化合物，然后在1，500°C下燒結兩小時，形成多孔蜂窩狀結構。在此實施方式中，經測定，多孔陶瓷體的熱膨脹系數為2.5x10—7°C，比莫來石纖維的熱膨脹系數(5x10—7°C)低約50%。在第三個說明性實例中，用碳酸鋇和二氧化硅作為與莫來石纖維反應的成分制成BAS(硅酸鋁鋇)粘合相，用38.02重量％莫來石纖維、18.63重量％碳酸鋇粉(亞微米級顆粒尺寸)和1.52重量％膠體二氧化硅(水中含有50%的固體)制備一種可擠出混合物，碳酸鋇粉和膠體二氧化硅作為反應成分。在此示例性實施方式中，6.08重量％羥丙基甲基纖維素(HPMC)被用作一種有機粘合劑和流變改性劑，7.60重量％碳粒(-325目級)和28.14重量％去離子水被用作一種混合流體。這些材料混合成可擠出混合物，并通過擠出形成1英寸直徑蜂窩狀基底。用射頻(RF)干燥設備干燥此基底，并除去有機化合物，然后在1500°C下燒結一小時，形成多孔蜂窩狀結構。在此實施方式中，經測定，多孔陶瓷體的熱膨脹系數為3.8x10—7°C，比莫來石纖維的熱膨脹系數(5x10—7°C)低24%。在第四個說明性實例中，用鋰鋁氧化物和二氧化硅作為與莫來石纖維反應的成分制成e-鋰霞石粘合相，用39.06重量％莫來石纖維、16.41重量％鋰鋁氧化物粉和1.56重量％膠體二氧化硅(水中含有50%的固體)制備一種可擠出混合物，鋰鋁氧化物粉和膠體二氧化硅作為反應成分。在此示例性實施方式中，6.25重量％羥丙基甲基纖維素(HPMC)被用作一種有機粘合劑和流變改性劑，7.81重量％碳粒(-325目級)和29.91重量％去離子水被用作一種混合流體。這些材料混合成可擠出混合物，并通過擠出形成l英寸直徑蜂窩狀基底。用射頻(RF)干燥設備干燥此基底，并除去有機化合物，然后在1500。C下燒結一小時，形成多孔蜂窩狀結構。在此實施方式中，經測定，多孔陶瓷體的熱膨脹系數為3.0x10—7°C，比莫來石纖維的熱膨脹系數(5x10—7°C)低40%。在第五個說明性實例中，將莫來石纖維用作一種反應成分，碳化硅纖維用作另一種反應成分，用25.51重量％莫來石纖維與20.41重量％碳化硅纖維制備一種可擠出混合物。在此示例性實施方式中，8.16重量％羥丙基甲基纖維素(HPMC)被用作一種有機粘合劑和流變改性劑，10.20重量％碳粒(-325目級)和35.71重量％去離子水被用作一種混合流體。這些材料混合成可擠出混合物，并通過擠出形成1英寸直徑蜂窩狀基底。用射頻(RF)干燥設備干燥此基底，并除去有機化合物，然后在1，500。C在惰性環境(例如真空或充滿氮氣的爐中)下燒結一小時，形成多孔蜂窩狀結構。在此實施方式中，經測定，多孔陶瓷體的熱膨脹系數為4.5x10—7°C，比莫來石纖維的熱膨脹系數(5x10—7°C)低10%。權利要求1.一種形成多孔體的方法，包括提供一混合物，包含大量具有第一熱膨脹系數的纖維和至少兩種反應成分；由所述混合物形成纖維體；和使所述至少兩種反應成分發生反應形成一具有一第二熱膨脹系數的粘合系統，其熱膨脹系數比所述第一熱膨脹系數低，所述粘合系統局部粘合所述大量纖維中的至少兩個纖維，從而形成所述多孔體。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述多孔體具有一第三熱膨脹系數，比所述第一熱膨脹系數至少低約10%。3.根據權利要求l所述的方法，其中所述多孔體具有第三熱膨脹系數，比所述第一熱膨脹系數低約20%以上。4.根據權利要求1所述的方法，其中形成一纖維體包括擠出所述混合物。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述粘合系統包含一選自以下群組的單相材料一玻璃、一陶瓷和一玻璃-陶瓷。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述粘合系統包含一多相材料。7.根據權利要求1所述的方法，其中所述混合物還包含一種或多種選自以下群組的添加劑一流體、一粘合劑和一造孔劑。8.根據權利要求7所述的方法，其中所述一種或多種添加劑通過加熱所述纖維體而被基本上除去。9.一種多孔陶瓷體，包括一多孔基底，包含大量具有一第一熱膨脹系數的纖維；和一粘合系統，具有一第二熱膨脹系數，其比所述第一熱膨脹系數低，所述粘合系統局部粘合所述大量纖維中的至少兩個纖維，從而形成一多孔陶瓷體。10.根據權利要求9所述的多孔陶瓷體，其中所述多孔陶瓷體具有第三熱膨脹系數，比所述第一熱膨脹系數至少低約10%。11.根據權利要求9所述的多孔陶瓷體，其中所述粘合系統為一單相材料。12.根據權利要求9所述的多孔陶瓷體，其中所述粘合系統為一多相材料。13.根據權利要求9所述的多孔陶瓷體，其中所述大量纖維為生物可溶性的。14.根據權利要求8所述的多孔陶瓷體，其中所述大量纖維的縱橫比大于1，且小于或等于2,000。15.—種多孔陶瓷體，包括大量纖維，由一粘合系統粘合起來，其熱膨脹系數低于所述纖維的熱膨脹系數，所述粘合系統粘合所述大量纖維中的至少部分相鄰纖維，所述多孔陶瓷體的孔隙率超過約20%，所述粘合系統形成所述多孔陶瓷體的約10體積％至約60體積％。16.根據權利要求15所述的多孔陶瓷體，其中所述多孔體具有一熱膨脹系數，比所述纖維的熱膨脹系數至少低約10%。17.根據權利要求15所述的多孔陶瓷體，其中所述粘合系統為一單相材料。18.根據權利要求15所述的多孔陶瓷體，其中所述粘合系統為一多相材料。19.根據權利要求15所述的多孔陶瓷體，其中所述大量纖維為生物可溶性的。20.根據權利要求15所述的多孔陶瓷體，其中所述大量纖維的縱橫比大于l且小于或等于2,000。21.根據權利要求15所述的多孔陶瓷體，還包含在所述大量纖維上的催化劑涂層。22.—種多孔蜂窩體，包括一系列蜂窩狀壁，所述壁界定了相鄰壁間的通道；所述壁包含大量纖維，所述纖維經粘合形成一具有開放孔網絡的多孔結構，所述壁的熱膨脹系數比所述大量纖維低。23.—種過濾器，包括一外殼，包含一入口和一出口；和根據權利要求22所述的多孔蜂窩體，所述多孔蜂窩體是置于所述入口和所述出口之間。24.根據權利要求23所述的過濾器，還包含至少一沉積在所述壁上的所述大量纖維上的催化劑。25.—種形成多孔蜂窩狀基底的方法，所述方法包括混合大量纖維、流體和兩種或多種反應成分，以形成一可擠出混合物；擠出所述可擠出混合物形成蜂窩狀基底；加熱所述蜂窩狀基底以除去所述流體；和使所述兩種或多種反應成分反應，在所述大量纖維內的至少兩個纖維的局部之間形成一粘合材料，所述粘合材料的熱膨脹系數比所述大量纖維低。全文摘要一種多孔陶瓷體，包含大量纖維和一種粘合系統，此粘合系統局部粘合大量纖維中的至少兩個纖維。此大量纖維具有第一熱膨脹系數。此粘合系統具有第二熱膨脹系數，此系數低于第一熱膨脹系數。在一些實施方式中，當此大量纖維和此粘合系統結合，所得多孔陶瓷體具有第三熱膨脹系數，此系數比第一熱膨脹系數至少低約10％。文檔編號B32B37/00GK101687353SQ200880016116公開日2010年3月31日申請日期2008年5月13日優先權日2007年5月14日發明者B·祖貝里,J·J·劉申請人:美商績優圖科技股份有限公司