CN107743478A - 陶瓷组合物 - Google Patents
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Abstract
陶瓷前体组合物(其适合于烧结形成陶瓷材料或结构体，例如，陶瓷蜂窝结构体)、陶瓷材料或结构体(例如，通过烧结所述陶瓷前体组合物能够得到的陶瓷蜂窝结构体)、制备所述陶瓷前体组合物和陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的方法、包含所述陶瓷结构体的柴油颗粒过滤器、包含所述陶瓷结构体的选择性柴油颗粒过滤器、包含所述陶瓷结构体的汽油颗粒过滤器、包含所述柴油颗粒过滤器、选择性柴油颗粒过滤器或汽油颗粒过滤器的载具和包含所述陶瓷材料或结构体的SCR催化剂体系。
Description
技术领域
本申请涉及适合于烧结形成陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的陶瓷前体组合物、陶瓷材料或结构体(例如，能够通过烧结所述陶瓷前体组合物获得的陶瓷蜂窝结构体)、制备所述陶瓷前体组合物和陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的方法、包含所述陶瓷结构体的柴油颗粒过滤器、包含所述陶瓷结构体的选择性柴油颗粒过滤器、包含所述陶瓷结构体的汽油颗粒过滤器、包含所述柴油颗粒过滤器、选择性柴油颗粒过滤器或汽油颗粒过滤器的载具和包含所述陶瓷材料或结构体的SCR催化剂体系。
背景技术
陶瓷结构体、特别是陶瓷蜂窝结构体在制造液体和气体介质的过滤器的领域中是已知的。如今最相关的应用是将这些陶瓷结构体作为颗粒过滤器用于除去载具的柴油发动机废气中的细小颗粒(柴油颗粒)，因为已表明这些细小颗粒对于人体健康具有负面影响。
论文J.Adler,Int.J.Appl.Ceram.Technol.2005,2(6),p429-439中总结了已知用于此应用的陶瓷材料，在此将其内容整体并入本说明书中用于所有目的。
对于适于该具体应用的陶瓷蜂窝过滤器的制造，已记载了数种陶瓷材料。
例如，由基于莫来石和铝假板钛矿(tialite)的陶瓷材料制得的蜂窝体已被用于构建柴油颗粒过滤器。莫来石是含有铝和硅的硅酸盐矿物，其具有介于[3A12O3·2SiO2](所谓的“化学计量比”莫来石，或“3:2莫来石”)与[2A12O3·1SiO2](所谓的“2:1莫来石”)这两个确定相之间的可变组成。已知该材料具有高熔点、耐火性和中等的机械性质。铝假板钛矿是具有式[Al2Ti2O5]的钛酸铝。已知该材料显示出高耐热冲击性、低热膨胀和高熔点。
由于这些性质，铝假板钛矿传统上是制造蜂窝结构体的受欢迎的材料选择。例如，US-A-20070063398描述了用作微粒过滤器的多孔体，其包含超过90％的铝假板钛矿。类似地，US-A-20100230870描述了一种适于用作颗粒过滤器的陶瓷体，其具有超过90质量％的钛酸铝含量。
为了将莫来石和铝假板钛矿的有利性质结合，也已经进行了例如开发包含这两种相的陶瓷材料等尝试。
WO-A-2009/076985描述了一种陶瓷蜂窝结构体，其包含莫来石矿物相和铝假板钛矿矿物相。其实例描述了许多陶瓷结构体，其通常包含至少约65体积％的莫来石和小于15体积％的铝假板钛矿。
WO-A-2014/053281记载了一种提供理想的机械强度以及优异的耐热冲击性的陶瓷材料，其包含相对较低量的铝假板钛矿相以及一定量莫来石。
由上述引用文献可知，相当多的关注集中于陶瓷结构体中铝假板钛矿和莫来石的相对量和这个如何影响如强度、耐热冲击性和热膨胀等性质。
还已知用SCR(选择性催化还原)催化剂涂布多孔陶瓷结构体。此结构体的实例记载于US-A-2013136662，其将氨作为还原剂用于将NOx气体转化为N2和水。
这些陶瓷结构体的过滤效率可能取决于过滤器的物理和热机械性质(例如，壁厚、密度、孔隙率、孔径等)。高孔隙率是所希望的，但是制备同时具有孔隙率和高热机械性质的陶瓷结构体是目前的挑战。
发明内容
根据第一方面，提供了一种具有至少三峰粒径分布的陶瓷前体组合物，所述陶瓷前体组合物包含：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，例如，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量(基于所述陶瓷材料的矿物相和孔隙空间的总体积计算)。
根据第二方面，提供了一种制造铝假板钛矿含量为至少约50重量％且孔隙率为至少约50％的陶瓷材料或结构体的方法，所述方法包括：
(i)提供、制备或得到具有至少三峰粒径并具有包含以下成分的组成的陶瓷前体：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量；
(ii)由所述陶瓷前体组合物形成生坯陶瓷材料，和
(iii)烧结所述生坯陶瓷材料。
根据第三方面，提供了提供了一种陶瓷材料或结构体，基于所述陶瓷材料或结构体的总重量，其铝假板钛矿含量为至少约50重量％，且孔隙率为至少约50％，其中，所述陶瓷材料或结构体通过包括以下步骤的方法得到或制备：
(i)提供、制备或得到具有至少三峰粒径并具有包含以下成分的组成的陶瓷前体：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料或结构体的量；
(ii)由所述陶瓷前体组合物形成生坯陶瓷材料或结构体，和
(iii)烧结所述生坯陶瓷材料或结构体，例如，在高于1400℃的温度。
根据第四方面，提供了陶瓷蜂窝结构体形式的第三方面的陶瓷结构体。
根据第五方面，提供了一种柴油颗粒过滤器，其包含第四方面的陶瓷蜂窝结构体或由第四方面的陶瓷蜂窝结构体制成，或能够通过第二方面的方法的特定实施方式获得。
根据第六方面，提供了一种选择性柴油颗粒过滤器，其包含第四方面的陶瓷蜂窝结构体或由第四方面的陶瓷蜂窝结构体制成，或能够通过第二方面的方法的特定实施方式获得。
根据第七方面，提供了一种汽油颗粒过滤器，其包含第四方面的陶瓷蜂窝结构体或由第四方面的陶瓷蜂窝结构体制成，或能够通过第二方面的方法的特定实施方式获得。
根据第八方面，提供了一种载具，其具有柴油发动机和过滤***，所述过滤***包含：(i)第五方面的柴油颗粒过滤器或(ii)第六方面的选择性柴油颗粒过滤器。
根据第九方面，提供了一种载具，其具有汽油发动机和过滤***，所述过滤***包含第七方面的汽油颗粒过滤器。
根据第十方面，提供了SCR催化剂体系，其包含第三或第四方面的陶瓷材料或结构体和SCR催化剂，所述SCR催化剂可选地涂布在所述陶瓷材料或结构体的表面上。
具体实施方式
出人意料的是，已发现可以由具有至少三峰粒径分布以及成孔剂的陶瓷前体组合物例如通过烧结制备同时拥有高孔隙率和高热机械性质的陶瓷结构体。在不希望受理论约束的前提下，据信所述三峰粒径分布强化了颗粒材料的更密堆积，提供具有足够的壁强度以支撑高度多孔的结构体的更致密的陶瓷。
陶瓷材料和结构体(例如陶瓷蜂窝)的孔隙率基于矿物相和孔隙空间的总体积计算。陶瓷材料或结构体的“矿物相的总体积”指的是不计孔隙体积的材料或结构体的总体积，即，仅考虑实心相。“矿物相和孔隙空间的总体积”指的是陶瓷材料或结构体的表观体积，即，包括实心相和孔隙体积。孔隙率可以按照任何适合的方法测定。在某些实施方式中，孔隙率通过使用Thermo Scientific Mercury Porosimiter–Pascal 140以130度的接触角测量的水银扩散或得到相同结果的任何其他测量方法确定。
铝假板钛矿、莫来石和其他矿物相在陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)中的量可以使用定性X射线衍射(Cu Kα辐射，40KV，30mA，使用15重量％Si标准品的Rietveld分析)或得到等同结果的任何其他测量方法测量。本领域技术人员将理解，在X射线衍射方法中，要研磨样品。在研磨后，将粉末均质，然后填充到X射线衍射仪的样品架中。将粉末压入支架中，除去任何过度覆盖的粉末以确保均匀表面。在将装有样品的样品架放入X射线衍射仪之后，开始测量。典型测量条件为0.030°的步长，7秒每步的测量时间和10～60°2θ的测量范围。使用能够进行Rietveld精细化的适当软件，将所得衍射图谱用于量化构成样品材料的不同相。适合的衍射仪为SIEMENS D5000，适合的Rietveld软件为BRUKER AXSDIFFRACplus TOPAS。各矿物相在陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)中的量以基于矿物相总重量的重量％表示。
除非另有陈述，否则本文提及的粒径性质(例如，对于无机颗粒材料，例如，矿物、原料或成孔剂)通过激光衍射领域采用的公知常规方法使用Malvern Instruments Ltd提供的Malvern Mastersizer 2000仪器(或者通过得到基本上相同结果的其他方法)测量。在激光衍射技术中，粉末、悬浮液和乳液中的颗粒尺寸可以基于Mie理论的应用使用激光束衍射测量。该仪器提供在本领域中称作‘等效圆直径’(e.s.d)的尺寸小于给定e.s.d值的颗粒的累积体积百分比的测量和绘图。平均粒径d50是按此方式测定的有50体积％的颗粒的等效圆直径小于该d50值时的颗粒e.s.d的值。d10和d90以类似方式理解。
除非另有陈述，否则在各种情况中，范围的下限和上限为d50值。
在胶体二氧化钛的情况中，粒径使用透射电子显微镜测量。
除非另有陈述，否则在陶瓷材料或结构体(例如，蜂窝结构体)中以颗粒形式存在的成分的粒径的测量可以通过图像分析来完成。
适合于烧结形成陶瓷结构体的陶瓷前体组合物具有至少三峰粒径分布，并包含：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂。
“三峰(trimodal)”意味着陶瓷前体组合物包含至少三种无机颗粒材料成分，它们相对于陶瓷前体组合物中的其他无机颗粒材料各自具有独特的粒径分布(例如，d50)。在某些实施方式中，陶瓷前体组合物三峰粒径分布。在某些实施方式中，陶瓷前体组合物具有四峰粒径分布，或五峰粒径分布，或六峰粒径分布。
第一无机颗粒材料具有相对粗的粒径分布，即，相对于陶瓷前体组合物中的至少两种其他无机颗粒材料。
第二无机颗粒材料的粒径分布比第一无机颗粒材料更细，例如，d50小于第一无机颗粒材料的d50。
第三无机颗粒材料的d50为等于或小于约5μm。在某些实施方式中，第三无机颗粒材料比第二无机颗粒材料更细，即，d50小于第二无机颗粒材料的d50。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料的d50为约20μm～约80μm，例如，约20μm～约60μm，或约20μm～约40μm；和/或第二无机颗粒材料的d50为约1.0μm～约20μm，或约1.0μm～小于约20μm，或约1.0μm～约15μm，或约1.0μm～约10μm；和/或第三无机颗粒材料的d50为等于或小于约5μm和/或粒径分布比第二无机颗粒材料更细。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料的d50为约20μm～约80μm，第二无机颗粒材料的d50为约1.0μm～约20μm，或约1.0μm～小于20μm，第三无机颗粒材料的d50为等于或小于约5μm和/或粒径分布比第二无机颗粒材料更细。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料的d50为约20μm～约40μm，第二无机颗粒材料的d50为约1.0μm～约10μm，第三无机颗粒材料的d50为等于或小于约5μm和/或粒径分布比第二无机颗粒材料更细。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料的d50为约20μm～约35μm，例如，约20μm～约30μm，或约20μm～约25μm，或约25μm～约35μm，或约30μm～约40μm，或约30μm～约35um。在这样的实施方式中，第一无机颗粒的d90可以为约30μm～约60μm，例如，约35μm～约55μm，或约30μm～40μm，或约45μm～约55μm，或约55μm～约75μm。按定义，d90总是大于d50。作为补充或另选，第一无机颗粒的d10可以为约10μm～约25μm，例如，约15μm～约25μm，或约10μm～约20μm，或约15μm～约25μm。按定义，d10总是小于d50。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料的d50为约20μm～约30μm，d90为约30μm～约40μm，d10为约10μm～约20μm。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料的d50为约30μm～约40μm，d90为约40μm～约60μm，d10为约15μm～约25μm。
在某些实施方式中，第二无机颗粒材料的d50为约2μm～约20μm，例如，约2μm～小于约20μm，或约2μm～约14μm，或约2～约8μm，或约3μm～约6μm，或约5μm～约9μm，或约3.5μm～约5μm，或约6.5μm～约8μm。在这样的实施方式中，第二无机颗粒的d90可以为约5μm～约15μm，例如，约5μm～约10μm，或约10μm～约15μm。作为补充或另选，第二无机颗粒材料的d10可以为约0.5μm～约5μm，例如，约1μm～约3μm，或约3μm～约5μm。
在某些实施方式中，第二无机颗粒材料的d50为约6.5～约8μm，d90为约10μm～约15μm，d10为约3μm～约5μm。
在某些实施方式中，第二无机颗粒材料的d50为约3～约6μm，d90为约5μm～约10μm，d10为约1μm～约3μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒的d50为等于或小于约5μm，例如，等于或小于约4.5μm，例如，等于或小于约4μm，或等于或小于约3.5μm，或等于或小于约3μm，或等于或小于约2.5μm，或等于或小于约2μm，或等于或小于约1.5μm，或等于或小于约1μm，或等于或小于约0.5μm，或等于或小于约0.25μm。在某些实施方式中，第三无机颗粒的d50为至少约0.05μm，例如，至少约0.075μm，或至少约0.1μm。在这样的实施方式中，第三无机颗粒材料的d90可以为约0.25μm～约10μm，例如，约0.5μm～约7.5μm，或约0.5μm～约5μm，或约0.5μm～约2.5μm，或约0.5μm～约2μm，或约0.5μm～约1.5μm，或约0.5μm～约1μm。作为补充或另选，第三无机颗粒的d10可以为约0.025μm～约5μm，例如，约0.025μm～约2.5μm，或约0.04μm～约1.5μm，或约0.025μm～约1.0μm，或约0.025μm～约0.5μm，或约0.025μm～约0.25μm，或约0.025μm～约0.15μm，或约0.025μm～约0.1μm，或约0.025μm～约0.075μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒的d50为等于或小于约5μm，d90为约0.5μm～约2.5μm，d10为约0.025μm～约0.15μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料的d50为等于或小于约2μm，d90为约0.5μm～约2.5μm，d10为约0.025μm～约0.15μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料的d50为等于或小于约0.5μm，d90为约0.5μm～约1.5μm，d10为约0.025μm～约0.1μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料的d50为约0.5μm～约1.5μm，例如，约0.5μm～约1μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料的d50为约1μm～约3μm，例如，约1.5μm～约2.5μm。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料的d50为约0.75μm～约2.25μm，例如，约1μm～约2μm。
适合作为原料用于陶瓷前体组合物的无机颗粒材料，例如，固体矿物化合物(铝硅酸盐、氧化铝、二氧化钛、铝假板钛矿、莫来石、耐火粘土等)，可以以粉末、悬浮液和分散体等形式使用。相应的配方有市售的，并且是本领域技术人员已知的。例如，粉末状红柱石以商品名Kerphalite(Damrec)市售，粉末状氧化铝和氧化铝分散体可获自Evonik Gmbh或Nabaltec，粉末状二氧化钛和二氧化钛分散体可获自Cristal Global。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料包含或选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物；并且/或者第二无机颗粒材料包含或选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物；并且/或者第三无机颗粒为形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料包含或选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物；第二无机颗粒材料包含或选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物；第三无机颗粒为形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物。
在某些实施方式中，第一无机颗粒包含铝假板钛矿和基于第一无机颗粒材料的总重量为至多约10重量％的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物，例如，至多约8重量％，或至多约7重量％，或至多约6重量％，或至多约5重量％，或至多约4重量％，或至多约3重量％，或至多约2重量％，或至多约1重量％，或至多约0.5重量％，或至多约0.25重量％的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物。作为补充或另选，第一无机颗粒材料可以包含基于第一无机颗粒材料的总重量为至多约5重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物，例如，至多约4重量％，或至多约3重量％，或至多约2重量％，或至多约1重量％，或至多约0.5重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物。在这样的实施方式中，第一无机颗粒可以包含基于第一无机颗粒材料的总重量为至少约80重量％的铝假板钛矿，例如，约80重量％～约100重量％，或约80重量％～约99重量％，或约85重量％～约95重量％，或约90重量％～约95重量％，或至少约91重量％，或至少约92重量％。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料基本上不具有含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物，并且/或者第一无机颗粒材料基本上不具有含碱土金属矿物相和/或或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物。
本文上使用的术语“基本上不具有”指的是完全不存在或几乎完全不存在特定化合物或组合物或矿物相。例如，当陶瓷组合物被称为基本上不具有含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物时，在第一无机颗粒材料中没有这样的矿物相和形成矿物相的化合物或组合物或仅有微量。本领域技术人员将理解，微量是可以由上述XRD方法检测到但不可定量的量，而且如果存在则并不会不利地影响陶瓷前体组合物的性质。
在某些实施方式中，第一无机颗粒包含莫来石和基于第一无机颗粒材料的总重量为至多约5重量％的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物，例如，至多约4重量％，或至多约3重量％，或至多约2重量％，或至多约1重量％，或至多约0.5重量％，或至多约0.25重量％的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物。
作为补充或另选，第一无机颗粒材料可以包含基于第一无机颗粒材料的总重量为至多约2.5重量％的含碱土金属矿物相和/或或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物，例如，至多约2重量％，或至多约1.5重量％，或至多约1重量％，或至多约0.5重量％，或至多约0.25重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物。在这样的实施方式中，第一无机颗粒材料基本上不具有含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物，和/或第一无机颗粒材料基本上不具有含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物。在这样的实施方式中，第一无机颗粒可以包含基于第一无机颗粒材料的总重量为至少约90重量％的莫来石，例如，约95重量％～约100重量％、或约95重量％～约99重量％、或约95重量％～约98重量％、或约95重量％～约97重量％、或至少约95重量％的莫来石，或至少约96重量％的莫来石。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物。在某些实施方式中，第一无机颗粒为铝假板钛矿、莫来石或铝假板钛矿和莫来石的混合物。在某些实施方式中，第一无机材料选自莫来石、铝假板钛矿、铝硅酸盐、二氧化钛和氧化铝。在某些实施方式中，第一无机颗粒材料为铝假板钛矿。在某些实施方式中，第一无机颗粒材料为铝假板钛矿和莫来石的混合物，例如，铝假板钛矿与莫来石的重量比为约1:5～约1:10。在某些实施方式中，第一无机颗粒材料为形成莫来石的前体组合物，例如，包含至少约50重量％氧化铝和小于约50重量％二氧化硅，例如，至少约75重量％氧化铝和小于约25重量％二氧化硅。在这样的实施方式中，形成莫来石的前体组合物的d50可以为约40μm～约80μm，例如，约50μm～约70μm，或约55μm～约65μm。
在某些实施方式中，第二无机颗粒材料选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物。在某些实施方式中，第二无机颗粒为莫来石、铝假板钛矿或莫来石和铝假板钛矿的混合物。在某些实施方式中，第二无机材料选自莫来石、铝假板钛矿、铝硅酸盐、二氧化钛和氧化铝。在某些实施方式中，第二无机材料为莫来石。在某些实施方式中，第二无机颗粒材料为铝假板钛矿。在某些实施方式中，第二无机颗粒材料为铝假板钛矿和莫来石的混合物，例如，铝假板钛矿与莫来石的重量比为约5:1～约1:5，例如，约4:1～约1:4，或约3:1～约1:3，或约2:1～约1:2。
在某些实施方式中，第二无机颗粒材料包含至少约90重量％莫来石，例如，至少约95重量％莫来石，或至少约99重量％莫来石，或基本上100重量％莫来石。
在某些实施方式中，例如，在第一无机颗粒材料为形成莫来石的前体组合物的实施方式中，第二无机颗粒材料为包含至少约90重量％二氧化钛和至多约5重量％含碱土金属矿物相(例如，氧化镁)的铝假板钛矿前体组合物。在某些实施方式中，第二无机颗粒为包含至少约95重量％二氧化钛或至多约99重量％二氧化钛和至多约5％氧化镁(例如至多约1重量％氧化镁)的铝假板钛矿前体组合物。
在某些实施方式中，第二无机颗粒材料具有与第一无机颗粒相同的化学组成，从而仅在粒径分布上不同。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料为铝假板钛矿，第二无机颗粒材料为莫来石。在某些实施方式中，第一无机颗粒材料为铝假板钛矿，第二无机颗粒材料为如上所述的铝假板钛矿和莫来石的混合物。在某些实施方式中，第一无机颗粒材料为如上所述的铝假板钛矿和莫来石的混合物，第二无机颗粒为如上所述的莫来石或铝假板钛矿和莫来石的混合物。在某些实施方式中，第一无机颗粒为莫来石，第二无机颗粒材料为铝假板钛矿。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料是包含二氧化钛、氧化铝、可选的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物和可选的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物的组合物。在某些实施方式中，第三无机颗粒材料基本上不具有含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料包含基于第三无机颗粒材料的总重量为至少约90重量％的氧化铝和/或二氧化钛，例如，至少约92重量％的氧化铝和/或二氧化钛，或至少约94重量％的氧化铝和/或二氧化钛，或至少约95重量％的氧化铝和/或二氧化钛，或至少约96重量％的氧化铝和/或二氧化钛，或至少约97重量％的氧化铝和/或二氧化钛，或至少约98重量％的氧化铝和/或二氧化钛，或至少约99重量％的氧化铝和/或二氧化钛。在某些实施方式中，第三无机颗粒材料包含基于第三无机颗粒材料的总重量为至多约5重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物，例如，至多约4重量％、或至多约3重量％、或至多约2重量％、或至多约1重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物。在某些实施方式中，第三无机颗粒材料基本上不具有含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物。
铝硅酸盐可以选自红柱石、蓝晶石、硅线石、莫来石、莫洛石、含水高岭石族粘土(如高岭土、埃洛石或球粘土)或无水(煅烧)高岭石族粘土(如偏高岭土或完全煅烧高岭土)中的一种或多种。
二氧化钛可以选自金红石、锐钛矿、板钛矿中的一种或多种。
钛酸铝可以选自氧化铝和二氧化钛前体、烧结钛酸铝或熔融钛酸铝。
含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物可以选自ZrO2和钛酸锆(例如，TixZr1-xO2，其中，x为0.1～0.9，例如，大于约0.5)中的一种或多种。在某些实施方式中，含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物为ZrO2和钛酸锆的混合物。
含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物可以选自M氧化物、M碳酸盐或M钛酸盐中的一种或多种，其中M为Mg、Ca或Ba，优选Mg。
氧化铝可以选自熔融氧化铝(例如，刚玉)、烧结氧化铝、煅烧氧化铝、反应性或半反应性氧化铝和铝矾土中的一种或多种。
在所有包含使用氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)和氧化锆(ZrO2)的上述实施方式中，氧化铝、二氧化钛和/或氧化锆可以部分或完全被氧化铝、二氧化钛和/或氧化锆前体化合物代替。对于术语“氧化铝前体化合物”，应理解这样的化合物可以包含铝(Al)和氧(O)之外的一种或多种其他成分，所述其他成分在对氧化铝前体化合物施加烧结条件的过程中被除去，其中，所述其他成分在烧结条件下是挥发性的。因此，虽然氧化铝前体化合物可以有着与Al2O3不同的总式，但在烧结后仅留下式Al2O3的成分(或者其与其他固体相的反应产物)。于是，可以容易地重新计算陶瓷前体组合物或由其制得的可挤出混合物或生坯蜂窝结构体中存在的氧化铝前体化合物的量，以表示特定当量的氧化铝(Al2O3)。术语“二氧化钛前体化合物”和“氧化锆前体化合物”以类似方式理解。
氧化铝前体化合物的实例包括但不限于铝盐(例如磷酸铝和硫酸铝)和铝氢氧化物(例如勃姆石(AlO(OH))和水铝矿(Al(OH)3))。在烧结过程中，存在于这些化合物中的其他氢和氧成分将以水的形式释放出去。通常，与氧化铝(Al2O3)自身相比，氧化铝前体化合物在烧结条件下所发生的固相反应中更具反应性。
在使用时，铝硅酸盐和(部分)氧化铝可以被认为是陶瓷前体组合物的主要的形成莫来石的成分。在一次莫来石化过程中，铝硅酸盐分解，形成莫来石。在二次莫来石化中，来自铝硅酸盐的多余二氧化硅与任何残留的氧化铝反应，形成另外的莫来石。如下所述，陶瓷前体组合物可以被烧结至适当高温，使得基本上所有铝硅酸盐和氧化铝在一次和二次莫来石化阶段中被耗尽。
在某些实施方式中，第三无机颗粒材料是包含以下成分的组合物：基于第三无机颗粒材料的总重量，约40重量％～约60重量％二氧化钛，约40重量％～约60重量％氧化铝，约0重量％～约5重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物，和约0重量％～约5重量％的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物。
可以对第一、第二和第三无机颗粒材料的相对量进行选择，从而在高于约1400℃或高于约1500℃的温度烧结陶瓷前体组合物时，得到本发明的第三方面的或根据本发明的第二方面的方法能够得到的陶瓷材料或结构体，例如，陶瓷蜂窝结构体。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约20重量％～约60重量％的第一无机颗粒材料、约15重量％～约50重量％的第二无机颗粒材料和约15重量％～约50重量％的第三无机颗粒材料。如果陶瓷前体组合物具有四峰粒径分布，则此处所述的量将基于第一、第二、第三和第四无机颗粒材料的总合并重量。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约25重量％～约55重量％的第一无机颗粒材料，例如，约25重量％～约55重量％，或约25重量％～约50重量％，或约30重量％～约45重量％，或约35重量％～约45重量％，或约30重量％～约40重量％，或约30重量％～约35重量％，或约35重量％～约40重量％。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约20重量％～约45重量％的第二无机颗粒材料，例如，约20重量％～约40重量％，或约20重量％～约35wt.％，或约25重量％～约40重量％，或约25重量％～约35重量％，或约30重量％～约40重量％，或约30重量％～约35重量％。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约20重量％～约45重量％的第三无机颗粒材料，例如，约20重量％～约40重量％，或约20重量％～约35wt.％，或约25重量％～约40重量％，或约25重量％～约35重量％，或约30重量％～约40重量％，或约30重量％～约35重量％，或约25重量％～约30重量％。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约25重量％～约40重量％的第一无机颗粒材料、约25重量％～约40重量％的第二无机颗粒材料和约25重量％～约35重量％的第三无机颗粒材料。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约30重量％～约40重量％的第一无机颗粒材料、约30重量％～约40重量％的第二无机颗粒材料和约25重量％～约35重量％的第三无机颗粒材料。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约40重量％～约60重量％的第一无机颗粒材料、约15重量％～约35重量％的第二无机颗粒材料和约15重量％～约35重量％的第三无机颗粒材料。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约45重量％～约55重量％的第一无机颗粒材料、约15重量％～约35重量％的第二无机颗粒材料和约15重量％～约30重量％的第三无机颗粒材料。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约45重量％～约55重量％的第一无机颗粒材料、约15重量％～约25重量％的第二无机颗粒材料和约25重量％～约30重量％的第三无机颗粒材料。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约45重量％～约55重量％的第一无机颗粒材料、约15重量％～约25重量％的第二无机颗粒材料和约15重量％～约25重量％的第三无机颗粒材料。
在某些实施方式中，第一无机颗粒材料与第三无机颗粒材料的重量比不大于约3:1，例如，不大于约2.5:1，或不大于约2:1。作为补充或另选，在某些实施方式中，第一无机颗粒材料与第二无机颗粒材料的重量比不大于约3:1，例如，不大于约2.5:1，或不大于约2:1，或不大于约1.5:1。作为补充或另选，在某些实施方式中，第二无机颗粒材料与第三无机颗粒材料的重量比为约0.5:1～约2:1，例如，约0.75:1～约1.5:1。
如上所述，陶瓷前体组合物还包含成孔剂。成孔剂是诱导和增强在由陶瓷前体组合物得到的陶瓷材料结构体中孔隙率的产生的物质。成孔剂可以为成孔剂混合物。
在某些实施方式中，成孔剂以适合于得到(例如，通过烧制或烧结陶瓷前体组合物)孔隙率为至少约50％(例如，至少约55％，或至少约60％，或至少约65％，或至少约70％，或至少约75％)的陶瓷材料或结构体的量存在。通常，陶瓷前体组合物中成孔剂的量越大，由其得到(例如通过烧制或烧结)的陶瓷材料或结构体的孔隙率越高。在某些实施方式中，成孔剂以适合得到孔隙率为约50％～约75％，或约55％～约70％，或约55％～约65％，或约60％～约70％，或约60％～约65％的陶瓷材料或结构体的量存在。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约10重量％～约90重量％的成孔剂。因此，例如，如果陶瓷前体完全由第一、第二和第三无机颗粒材料和相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为50重量％的成孔剂组成，第一、第二和第三无机材料的总合并重量与成孔剂重量的重量比将为1:1。如果陶瓷前体组合物具有四峰粒径分布，则此处所述的量将相对于第一、第二、第三和第四无机颗粒材料的总合并重量。同样，如果陶瓷前体组合物具有五峰粒径分布，则此处所述的量将相对于第一、第二、第三和第四无机颗粒材料的总合并重量。此原理适用于就相对于所述无机颗粒材料的总量的量而言描述的任何成分。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物包含相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约20重量％～约85重量％的成孔剂，例如，约30重量％～约80重量％，或约40重量％～约80重量％，或约45重量％～约80重量％，或约45重量％～约75重量％，或约50重量％～约80重量％，或约50重量％～约75重量％，或约50重量％～约70重量％，或约50重量％～约65重量％，或约55重量％～约70重量％，或约60重量％～约70重量％。
适合的成孔剂包括石墨或其他形式的碳、纤维素和纤维素衍生物、淀粉、有机聚合物、塑料及其混合物。在某些实施方式中，成孔剂包含淀粉或为淀粉。在某些实施方式中，成孔剂包含塑料或为塑料，例如，聚合物微球，例如，丙烯酸酯的共聚物，例如，甲基丙烯酸甲酯的共聚物，例如，甲基丙烯酸甲酯和亚烷基二醇二甲基丙烯酸酯的共聚物(例如，甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二酯的共聚物)。
在某些实施方式中，成孔剂的d50为约20μm～约50μm，例如，约20μm～约45μm，或约20μm～约40μm，或约20μm～约35μm。在这样的实施方式中，成孔剂的密度可以为约1.0g/cm3～2.5g/cm3。
陶瓷前体组合物可以还包含粘合剂、助剂和/或溶剂。可以用于本发明的粘合剂和助剂均可从本领域技术人员已知的各种来源在商业上获得。
粘合剂的功能是在加热或烧结之前的工艺步骤中提供足够的生坯结构体的力学稳定性。补充助剂为原料(即，陶瓷前体组合物)提供挤出步骤的有利性质(例如，增塑剂、助流剂和润滑剂等)。
在实施方式中，陶瓷前体组合物(或由其形成的可挤出混合物或生坯结构体)包含一种或多种粘合剂，所述粘合剂选自由甲基纤维素、羟甲基丙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、乳化的丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸类、淀粉、硅粘合剂、聚丙烯酸酯、硅酸盐、聚乙烯亚胺、木素磺酸盐和藻酸盐组成的组。
相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量，粘合剂的存在总量可以为约0.5重量％～约20重量％，例如，约0.5重量％～约15％，或约2重量％～约10重量％，或至多约5重量％。
在另一实施方式中，陶瓷前体组合物(或由其形成的可挤出混合物或生坯结构体)包含一种或多种助剂(例如增塑剂和润滑剂)，所述助剂选自由聚乙二醇(PEG)、甘油、乙二醇、邻苯二甲酸辛酯、硬脂酸铵、蜡乳液、油酸、曼哈顿鱼油、硬脂酸、蜡、棕榈酸、亚油酸、肉豆蔻酸和月桂酸组成的组。
相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量，助剂的存在总量可以为约0.5重量％～约40重量％，例如，约0.5重量％～约35重量％，或约5重量％～约30重量％，或约10重量％和约30重量％，或约20重量％～约30重量％，或约2％～9％。
陶瓷前体组合物可以与溶剂组合。溶剂可以为有机或水性液体介质。在某些实施方式中，溶剂为水。相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量，溶剂(例如，水)的存在量可以为约1重量％～约100重量％，例如，相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量为约5重量％～约90重量％，或约25重量％～约75重量％，或约35重量％～约65重量％，或约40重量％～约60重量％，或约45重量％～55重量％。
在另一实施方式中，陶瓷前体组合物(或由其形成的可挤出混合物或生坯蜂窝结构体)包含一种或多种矿物粘合剂。适合的矿物粘合剂可以选自包括但不限于膨润土、磷酸铝、勃姆石、硅酸钠、硼硅酸盐或其混合物中的一种或多种的组。相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量，矿物粘合剂的存在总量可以为至多约10重量％，例如，约0.1重量％～约10重量％，或约0.5重量％～约5.0重量％，或约1.0重量％～约3.0重量％。
在某些实施方式中，第三无机颗粒至少部分充当陶瓷前体组合物中的粘合剂。不希望受理论的约束，据信第三无机颗粒材料的相对较小的粒径使颗粒(例如，二氧化钛和氧化铝前体材料)在陶瓷前体组合物的烧制/烧结过程中能够参与粘合或粘着过程。与不使用此处所述的相对较细的第三无机颗粒材料制备的陶瓷结构体相比，这可以提高陶瓷结构体在更高温度下的稳定性。
陶瓷前体组合物可以包含此处所述的第一、第二和第三无机颗粒材料和任何其他矿物类添加剂以外的其他矿物。在某些实施方式中，陶瓷前体组合物不包含此处所述的第一、第二和第三无机颗粒材料以外的其他矿物添加剂。在某些实施方式(陶瓷前体组合物具有四峰粒径分布并包含第一、第二、第三和第四无机颗粒材料)中，陶瓷前体组合物不包含此处所述的第一、第二、第三和第四无机颗粒材料以外的其他矿物添加剂。
陶瓷结构体
本发明的陶瓷材料和结构体的铝假板钛矿含量为基于陶瓷材料的总重量的至少约50重量％，和孔隙率为至少约50％(基于所述陶瓷材料的矿物相和孔隙空间的总体积计算)。陶瓷材料或结构体通过包括以下步骤的方法得到或制备：
(i)提供、制备或得到陶瓷前体组合物，所述陶瓷前体组合物具有至少三峰粒径
并具有包含以下成分的组成：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量；
(ii)由陶瓷前体组合物形成生坯陶瓷材料，和
(iii)烧结所述生坯陶瓷材料。
在某些实施方式中，陶瓷前体组合物具有上述组成。也就是说，陶瓷前体组合物可以具有根据本发明的第一方面的各个实施方式的组成。
根据本领域已知的方法和技术，进行陶瓷前体组合物(可选地与粘合剂、矿物粘合剂和/或助剂组合)的制备(例如，如Extrusion in Ceramics,F.2007,Springer中所述)。例如，可以在常规混炼机中混合陶瓷前体组合物的成分，并根据需要向适合例如通过挤出进一步加工的浆料或糊剂中添加适量的适当的液相(通常是水)。在某些实施方式中，陶瓷前体组合物制备成可挤出混合物。
另外，可以使用本领域已知的用于挤出蜂窝结构体的常规挤出设备(如螺杆挤出机等)和口模。W.Kollenberg(编)的教科书《Technische Keramik》(Vulkan-Verlag，Essen，德国，2004)中提供了该技术的综述，通过援引将其内容并入本文中。
对于挤出件，可以通过选择所需尺寸和形状的挤出机口模来确定生坯结构体的尺寸和形状(例如，生坯蜂窝结构体，基于这样的直径)。在挤出后，可以将挤出物切成适当长度的段(例如，整体式段)，从而例如得到所需形式的生坯蜂窝结构体。该步骤的适合的切割手段(如线切割机)是本领域技术人员已知的。
在烧结之前，可以按照本领域已知的方法(例如，微波干燥、热风干燥)将由陶瓷前体组合物形成的(可选地挤出的)生坯结构体(例如，生坯蜂窝结构体)干燥。
然后将干燥的生坯结构体加热以由其制备陶瓷材料和结构体。通常，任何适合对加热对象施加预定温度和/或控制的加热和冷却循环的炉或窑都适合本发明的方法。可以采取步骤来控制加热和冷却过程中的温度。也可以采取步骤来控制炉或窑中气体环境，例如，控制氧气含量。在某些实施方式中，在减少氧气含量(即，小于空气的氧气含量，即约21％)的氛围下进行加热。这可以提高加热过程(例如，在约180℃至600℃的温度)中成孔剂的均匀烧尽，进而提高具有有利的高孔隙率的陶瓷材料或结构体的热学参数。在某些实施方式中，炉或窑中的气氛的氧气含量为小于约10体积％，例如，小于约5体积％，或小于约2体积％。例如，通过导入适量的惰性气体(例如，氮气和/或氩气)，或通过导入再循环废气(例如，空气与来自炉或窑的废气的混合物)，可以得到具有减少的氧气的气氛。
在某些实施方式中，在烧结之前可以将生坯蜂窝结构体封堵。在其他实施方式中，封堵可以在烧结后进行。封堵过程的更多细节如下所述。
当生坯结构体包含有机粘合剂化合物和/或有机助剂时，通常将结构体加热至约150℃～约400℃、例如200℃～约400℃或约200℃～约300℃的温度，然后将结构体加热至最终烧结温度，并将温度保持足以通过燃烧除去有机粘合剂和助剂化合物的时长(例如，1～3小时)。
烧结前的陶瓷结构体可以在高于约1400℃的温度、例如至多约1700℃、或约1450℃～1650℃、或约1450℃～1600℃、或约1450℃～1550℃、或约1475℃～1525℃或在约1500℃烧结。
在某些实施方式中，所述方法包括以下步骤：
(i)(1)提供、制备或得到由陶瓷前体组合物形成的可挤出混合物；
(i)(2)将所述混合物挤出形成生坯陶瓷结构体，例如，生坯蜂窝结构体；
(i)(3)干燥所述生坯陶瓷结构体；和
(ii)烧结所述生坯陶瓷结构体，例如，在高于1400℃的温度。
烧结可以在适当的温度进行适当的时间以使陶瓷材料或结构体包含至少约50重量％铝假板钛矿并且孔隙率为至少约50％(基于所述陶瓷材料的矿物相和孔隙空间的总体积计算)。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为至少约55％，例如，等于或大于约60％，或等于或大于约61％，或等于或大于约62％，或等于或大于约63％，或等于或大于约64％，或等于或大于约65％。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为约50％～约75％，例如，约55％～约70％，或约60％～约70％，或约60％～约65％。在这样的实施方式中，陶瓷材料或结构体的铝假板钛矿含量可以为至少约55重量％，或至少约60重量％，或至少约65重量％％，或至少约70重量％，或至少约75重量％，或至少约80重量％。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的铝假板钛矿含量为约60重量％～约100重量％，例如，约60重量％～约90重量％，或约65重量％～约85重量％，或约70重量％～约80重量％，或约70重量％～约75重量％。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为至少约60％且铝假板钛矿含量为等于或大于60重量％，例如，等于或大于约65重量％，或约65重量％～约85重量％，或约70重量％～约80重量％，或约70重量％～约75重量％。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体包含约0重量％～约40重量％莫来石，例如，约10重量％～约40重量％莫来石，或约20重量％～约35重量％莫来石，或约20重量％～约30重量％莫来石，或约25～30重量％莫来石。
在某些实施方式中，莫来石矿物相和铝假板钛矿矿物相构成陶瓷材料或结构体的矿物相总重量的至少约80％，例如，矿物相总重量的至少约85％，或矿物相总重量的至少约90％，或矿物相总重量的至少约92％、或至少约94％、或至少约96％、或至少约97％、或至少约98％，或矿物相总重量的至少约99％，或矿物相的至多约98.5重量％，或矿物相的至多约98.0重量％，或矿物相的至多约97.5％，或矿物相的至多约97.0％，或矿物相的至多约96.5％，或矿物相的至多约96.0％，或矿物相的至多约95.5％，或矿物相的至多约95.0％。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体包含至多约5.0重量％含Zr矿物相，例如，约0.1重量％～约5.0重量％含Zr矿物相，或约0.1重量％～约3.5重量％含Zr矿物相，或约0.5重量％～约2.0重量％含Zr矿物相。在某些实施方式中，含Zr矿物相包含ZrO(即，氧化锆)。在某些实施方式中，含Zr矿物相包含钛酸锆。在某些实施方式中，含Zr矿物相包含ZrO和钛酸锆。在某些实施方式中，钛酸锆具有化学式TixZr1-xO2，其中，x为0.1～约0.9，例如，大于约0.5。在实施方式,含Zr矿物相包含ZrO2和TixZr1-xO2的混合物。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体基本上不具有含Zr矿物相，例如，不含ZrO2。
作为补充或另选，陶瓷材料或结构体可进一步包含约0重量％～3.0重量％的含碱土金属矿物相，例如，约0.5重量％～2.5重量％、或约1.0重量％～2.5重量％、或约1.0重量％～2.0重量％、或约1.0重量％～1.5重量％的含碱土金属矿物相。更有利的，含碱土金属矿物相为含Mg矿物相，例如，MgO。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体包含氧化铝矿物相和/或二氧化钛矿物相和/或非晶相中的一种或多种。氧化铝的存在量可以为至多约10重量％，例如，约2重量％～8重量％，或约4.6重量％。二氧化钛的存在量可以为至多约5重量％，例如，至多约3重量％，或至多约2重量％，或至多约1重量％。
非晶相可以包括玻璃态二氧化硅相、基本上由其形成或由其形成，所述玻璃态二氧化硅相可以在约1400℃至1600℃的烧结温度形成。非晶相的存在量可以为至多约5重量％，例如，至多约3重量％，或至多约2重量％，或至多约1重量％。
在某些实施方式中，陶瓷组合物基本上不具有氧化铝矿物相和/或二氧化钛矿物相和/或非晶相。
在一个实施方式中，陶瓷组合物或陶瓷蜂窝结构体中铁的量以Fe2O3计为小于5重量％，例如可以小于约2重量％，或例如小于约1重量％，或例如小于约0.75重量％，或例如小于约0.50重量％，或例如小于约0.25重量％。结构体可以基本上不含铁，例如通过使用基本上不含铁的原料所可能达到的。可以通过XRF测量以Fe2O3计的铁含量。
在一个实施方式中，以SrO计的锶的量为小于约2重量％，例如小于约1重量％，或例如小于约0.75重量％，或例如小于约0.50重量％，或例如小于约0.25重量％。结构体可以基本上不含锶，例如通过使用基本上不含锶的原料所可能达到的。可以通过XRF测量以SrO2计的锶含量。
在一个实施方式中，以Cr2O3计的铬的量为小于约2重量％，例如小于约1重量％，或例如小于约0.75重量％，或例如小于约0.50重量％，或例如小于约0.25重量％。结构体可以基本上不含铬，例如通过使用基本上不含铬的原料所可能达到的。可以通过XRF测量以Cr2O3计的铬含量。
在一个实施方式中，钨的量以W2O3计为小于约2重量％，例如小于约1重量％，或例如小于约0.75重量％，或例如小于约0.50重量％，或例如小于约0.25重量％。结构体可以基本上不含钨，例如通过使用基本上不含钨的原料所可能达到的。可以通过XRF测量以W2O3计的钨含量。
在一个实施方式中，钇的量以Y2O3计为小于约2.5重量％，例如，小于约2.0重量％，例如，小于约1.5重量％，例如，小于约1重量％，例如，小于约0.5重量％，例如，约0.3重量％～0.4重量％。存在的任何钇可能源自钇稳定化的氧化锆，其在实施方式中可能用作氧化锆来源。结构体可以基本上不含钇，例如通过使用基本上不含钇的原料所可能达到的。可以通过XRF测量以Y2O3计的钇含量。
在一个实施方式中，稀土金属的量以Ln2O3(其中，Ln表示镧系元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的任意一种或多种)计为小于约2重量％，例如小于约1重量％，或例如小于约0.75重量％，或例如小于约0.50重量％，或例如小于约0.25重量％。结构体可以基本上不含稀土金属，例如通过使用基本上不含稀土金属的原料所可能达到的。可以通过XRF测量以Ln2O3计的稀土含量。
在某些实施方式中，陶瓷组合物的孔径(d50)为约5.0μm～25.0μm，例如，约5.0μm～20.0μm，例如，约7.5μm～20.0μm，或约10.0μm～20.0μm，或约10.0μm～约15.0μm，或约12.0μm～约15.0μm。孔径可以使用来自Thermo Scientific(Thermo Fisher)的Pascal 140系水银孔隙度计通过压汞法测定。使用的软件为来自Thermo Scientific的S.O.L.I.D.S/W1.3.3版。通常使用1.0g+/-0.5g的样品重量进行此测量。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为至少约55％，例如，至少约60％，铝假板钛矿含量为等于或大于60重量％，例如，等于或大于约65重量％，或约65重量％～约85重量％，或约70重量％～约80重量％，或约70重量％～约75重量％，孔径为约10.0μm～约30.0μm，例如，约10.0μm～约25.0μm，或约10.0μm～约20.0μm，或约10.0μm～约15μm，或约12.0μm～约15.0μm。
在某些实施方式中，陶瓷组合物，例如，陶瓷蜂窝结构体，显示出有利的高温机械和热机械性能。
在某些实施方式中，任何上述实施方式的陶瓷材料或结构体、陶瓷蜂窝结构体的热膨胀系数(CTE)等于或小于约4.0×10-6℃-1(使用膨胀计Netzsch–DIL 402C型和25mm+/-2mm的样品长度在800℃按照DIN 51045通过膨胀法测量)。在某些实施方式中，CTE可以等于或小于约3.0×10-6℃-1，例如，等于或小于约2.5×10-6℃-1，或等于或小于约2.0×10-6℃-1，或等于或小于约1.75×10-6℃-1，或等于或小于约1.5×10-6℃-1。在某些实施方式中，CTE为至少约0.75 10-6℃-1，例如至少约1.0 10-6℃-1，或至少约1.25 10-6℃-1。
陶瓷材料或结构体(例如陶瓷蜂窝结构体)的热强度参数(TSP)按照下式测定：
TSP＝[MOR/(CTE×杨氏模量)] (1)
MOR是陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的断裂模量(MOR)，也称为机械抗性，通过在环境温度使用3点弯曲测试的弯曲强度测量来测量。在测试法中，将试样静置在两个支持体上，利用一个支持体通过加载辊施加负载。加压设备为Mecmesin Multitest2.5-d(AFG 2500N),Mecmesin LTC。
杨氏模量使用获自Proceq的Pundit Lab+超声设备按照DIN EN 843-2:2007测定。测试样品是以55mm×55mm+/-10mm的尺寸、length 50mm+/-5mm切割的蜂窝样品。测量在纵向通道方向(使用直径33mm的250KHz传感器)以大于0.1μs的分辨率进行。
在某些实施方式中，任何上述实施方式的陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的机械抗性(MOR)为至少约0.5MPa，例如，至少约0.6MPa，或至少约0.7MPa，或至少约0.8MPa，或高于0.8MPa。在某些实施方式中，MOR为约0.5MPa～约2.5MPa，例如，约1.0MPa～约1.0MPa，或约1.5MPa～约2.0MPa。在这样的实施方式中，陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的孔隙率可以为。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为至少约55％，例如，等于或大于约60％，或等于或大于约61％，或等于或大于约62％，或等于或大于约63％，或等于或大于约64％，或等于或大于约65％。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为约50％～约75％，例如，约55％～约70％，或约60％～约70％，或约60％～约65％。
在某些实施方式中，任何上述实施方式的陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的杨氏模量为不大于约10GPa，例如，不大于约8.0GPa，或不大于约6.0GPa。在某些实施方式中，杨氏模量为约3.0GPa～约7.0GPa，例如，约4.0GPa～约6.0GPa。
陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的热强度参数(TSP)按下式测定：
TSP＝[MOR/(CTE×杨氏模量)] (1)
在某些实施方式中，任何上述实施方式的陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的TSP为至少约60℃，例如，至少约80℃，或至少约100℃，或至少约125℃，或至少约150℃，或至少约200℃，或至少约250℃，或至少约300℃，或至少约350℃。在某些实施方式中，TSP为不大于约550℃，例如，不大于约500℃，例如，不大于约450℃，或不大于约400℃。在这样的实施方式中，陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的孔隙率可以为。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为至少约55％，例如，等于或大于约60％，或等于或大于约61％，或等于或大于约62％，或等于或大于约63％，或等于或大于约64％，或等于或大于约65％。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为约50％～约75％，例如，约55％～约70％，或约60％～约70％，或约60％～约65％。
在某些实施方式中，任何上述实施方式的陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的绝对(骨架)密度为约3.0g/cm3～约4.0g/cm3，例如，约3.3g/cm3～约3.7g/cm3。骨架密度可以使用Picnometer(Accupic–Micrometrics)测量。作为补充或另选，任何上述实施方式的陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的体积密度为约1.0g/cm3～约1.5g/cm3，例如，约1.1g/cm3～约1.4g/cm3，或约1.2g/cm3～约1.3g/cm3。在这样的实施方式中，陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)的孔隙率可以为。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为至少约55％，例如，等于或大于约60％，或等于或大于约61％，或等于或大于约62％，或等于或大于约63％，或等于或大于约64％，或等于或大于约65％。在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体的孔隙率为约50％～约75％，例如，约55％～约70％，或约60％～约70％，或约60％～约65％。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)具有：(i)MOR为约1.0MPa～约2.5MPa，例如，约1.0MPa～约2.0MPa；和/或(ii)杨氏模量为小于约10GPa，例如，约3.5GPa～约6.0GPa；和/或(iii)TSP为至少约100℃，例如，约120℃～约400℃；和/或(iv)CTE为约0.5×10-6℃-1～约3.5×10-6℃-1；和/或(v)孔隙率为约55％～约70％，例如，约60％～约70％；和可选的(vi)绝对(骨架)密度为约3.0～4.0g/cm3，例如，约3.3～约3.7g/cm3。
在某些实施方式中，陶瓷材料或结构体(例如，陶瓷蜂窝结构体)具有：(i)MOR为约0.8MPa～约2.5MPa，例如，约1.0MPa～约2.5MPa，例如，约1.0MPa～约2.0MPa；和(ii)杨氏模量为小于约10GPa，例如，约2.5GPa～约6.0GPa，或约3.5GPa～约6.0GPa；和(iii)TSP为至少约100℃，例如，约120℃～约400℃；和(iv)CTE为约0.5×10-6℃-1～约3.5×10-6℃-1；和(v)孔隙率为约55％～约70％，例如，约60％～约70％；和可选的(vi)绝对密度为约3.0～4.0g/cm3，例如，约3.3～约3.7g/cm3。
陶瓷蜂窝结构体：
在以上实施方式中所述的陶瓷蜂窝结构体中，最优孔径为5μm～30μm，或10μm～25μm。取决于陶瓷蜂窝的计划用途，特别是对于陶瓷蜂窝结构体是否会进一步用例如催化剂浸渍的问题，上述值可以变化。对于浸渍的结构体，范围通常为在浸渍之前为10μm～25μm，例如，15μm～25μm，或在浸渍之前为约15μm～20μm。沉积在孔隙空间中的催化剂材料将导致初始孔径的减小。
本发明的蜂窝结构体通常可包含沿长度方向并排排列的多个孔道，所述孔道被多孔隔壁(partition)分隔，并且以交替(例如呈棋盘状)的方式被封堵。在一个实施方式中，蜂窝结构体的孔道以重复的模式排列。孔道可以是正方形、圆形、矩形、八边形、多边形或任何其它形状，或者是适于以重复模式排列的多种形状的组合。可选的是，蜂窝结构体的一个端面的开口面积可以不同于其另一端面的开口面积。例如，蜂窝结构体可以将一组大体积贯通孔封堵以使其进气口侧的总开口面积相对较大，将一组小体积贯通孔封堵以使其出气口侧的总开口面积相对较小。
在某些实施方式中，蜂窝结构体的孔道按照例如WO-A-2011/117385中所述的结构体不对称排列，通过援引将其整体内容并入本文中。
本发明的蜂窝结构体的平均孔道密度没有限制。陶瓷蜂窝结构体的孔道密度可以为6孔道/平方英寸～2000孔道/平方英寸(0.9孔道/cm2～311孔道/cm2)，或50孔道/平方英寸～1000孔道/平方英寸(7.8孔道/cm2～155孔道/cm2)，或100孔道/平方英寸～400孔道/平方英寸(15.5孔道/cm2～62.0孔道/cm2)。
本发明中将相邻孔道分开的隔壁的厚度没有限制。隔壁的厚度可以为100微米～500微米，或200微米～450微米。
此外，结构体的外周壁优选比隔壁厚，并且其厚度可以为100微米～700微米，或200微米～400微米。外周壁不仅可以是在形成时与隔壁一体化形成的壁，也可以是通过将外周研磨成预定形状而形成的水泥涂布壁。
在某些实施方式中，陶瓷蜂窝结构体为模块形式，其中，根据本发明制备一系列陶瓷蜂窝结构体，然后将其组合以形成复合陶瓷蜂窝结构体。该系列蜂窝结构体可以在烧结之前以生坯状态组合，或者作为另外一种选择，可以单独烧结，然后组合。在某些实施方式中，复合陶瓷蜂窝结构体可以包含一系列根据本发明制备的陶瓷蜂窝结构体和不根据本发明制备的陶瓷蜂窝结构体。
对于用作柴油颗粒过滤器(DPF)、选择性柴油颗粒过滤器(S-DPF，或称作选择性催化剂还原过滤器(SCRF))或汽油颗粒过滤器(GPF)的情况，可以通过封堵(即，使用其他的陶瓷体在预定位置封闭蜂窝的某些开口结构体)来进一步处理本发明的陶瓷蜂窝结构体或本发明的生坯陶瓷蜂窝结构体。封堵方法因此包括：制备适当的封堵体，将封堵体应用到陶瓷或生坯蜂窝结构体的所需位置，并对封堵的蜂窝结构体进行额外的烧结步骤，或在一个步骤中烧结封堵的生坯蜂窝结构体，其中，封堵体被转化为具有适合用在柴油机颗粒过滤器、选择性柴油颗粒过滤器或汽油颗粒过滤器中的性质的陶瓷封堵体。不要求陶瓷封堵体具有与蜂窝体的陶瓷体相同的组成。一般而言，可将本领域技术人员已知的封堵方法和材料用于封堵本发明的蜂窝体。在示例性工艺中，在蜂窝件的一侧上约50％的进气通道被封堵，而在另一侧上另外50％的通道被封堵，从而在使用时迫使废气穿过蜂窝结构体的壁。
随后可以将封堵的陶瓷蜂窝结构体固定在适于将该结构体安装在柴油或汽油发动机、例如车辆(例如，汽车、卡车、货车、摩托车、挖掘机、开凿机、拖拉机、推土机和自卸卡车等)的柴油或汽油发动机的排气管中的盒子中。
SCR(选择性催化剂还原)催化剂体系
在某些实施方式中，上述实施方式中所述的陶瓷材料和结构体可以包含在SCR催化剂体系中。因此，陶瓷材料或结构体可以结合(例如，涂布)有一定量的SCR催化剂。陶瓷结构体可以为如上所述的蜂窝结构体形式。
SCR催化剂体系可以为锅炉***(例如，家用、工业或城市固体废弃物锅炉)的一部分。SCR催化剂体系可以应用(例如，安装)到柴油发动机的排气管中，例如，在船舶、柴油机车、汽轮机和车辆(例如，汽车、卡车、货车、摩托车、挖掘机、开凿机、拖拉机、推土机和自卸卡车等)中。
在这样的***中，陶瓷材料或结构体充当过滤器(即，与其在柴油颗粒过滤器中的典型功能相似或相同)。SCR催化剂可以涂布在过滤器的排气入口上。其他材料可以涂布在过滤器的排气出口上，例如，如US-A-2013136662中所述的氧化铝层和形成在氧化铝层表面上的贵金属催化剂层，通过援引将其全部内容并入本文。其他SCR涂料(包括适合于处理后柴油发动机排气的NOx排放减少的那些)包括氧化钒(氧化钒(V))、Fe-沸石和/或Cu-沸石。这些和其他***记载于如‘Urea-SCR Technology for deNOx after treatment ofDiesel Exhaust’,I.Nova&E.Tronconi,Springer)等出版物中。
在以下非限制性实施例中对本发明进行进一步说明。
实施例
由表1-7中所述的陶瓷前体组合物获得一系列陶瓷件。按照上述方法测定组成分析和热机械性质。
表1-6：挤出样品并在1500℃烧制2小时。表7：挤出样品并在1525℃烧制2小时。在每种情况中，窑中气氛的氧气含量为5体积％。
AT粗粉末＝d50为约24μm的钛酸铝粉末(化学组成包含92％TiO2/Al2O3、约5％ZrO2和约2％MgO)
M粗粉末＝d50为约32μm的莫来石粉末(化学组成包含约98％Al2O3/SiO2)
M前体粗粉末＝d50为约60μm的莫来石粉末(化学组成包含约80％Al2O3/20％SiO2)
AT中等粉末＝d50为约4.3μm的钛酸铝粉末(化学组成与AT粗粉末相同)
AT前体中等粉末＝d50为约17μm的粉末(化学组成包含约99％Al2O3/1％MgO)
M中等粉末＝d50为约7.2μm的莫来石粉末(化学组成包含基本上100％Al2O3/SiO2)
AT前体细粉末1＝d50为约0.12μm且d90为约0.65μm的钛酸铝前体混合物(化学组成包含约98％TiO2/Al2O3)
AT前体细粉末2＝d50为约0.12μm且d90为约1.2μm的钛酸铝前体混合物(化学组成包含约98％TiO2/Al2O3和约1.9％MgO)
AT前体细粉末3＝d50为约0.9μm的钛酸铝前体混合物(化学组成包含约98％TiO2/Al2O3和约1.9％MgO)
AT前体细粉末4＝d50为约3.8μm的钛酸铝前体混合物(化学组成包含约98％TiO2/Al2O3和约1.9％MgO)
AT前体细粉末5＝d50为约2.1μm的钛酸铝前体混合物(化学组成包含约98％TiO2/Al2O3和约1.9％MgO)
AT前体细粉末6＝d50为约3μm的粉末(化学组成包含约95％Al2O3/5％ZrO2)
表1.
表2.
表3.
表4.
表5.
表6.
表7.
Claims (25)
1.一种具有至少三峰粒径分布的陶瓷前体组合物，所述陶瓷前体组合物包含：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，例如，基于所述陶瓷材料的矿物相和孔隙空间的总体积计算，所述成孔剂的量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量。
2.如权利要求1所述的陶瓷组合物，其中，基于所述陶瓷材料的矿物相和孔隙空间的总体积计算，所述成孔剂以适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量存在。
3.如权利要求1所述的陶瓷前体组合物，其中：
第一无机颗粒材料的d50为约20μm～约80μm，例如约20μm～约40μm；和/或
第二无机颗粒材料的d50为约1.0μm～约20μm，或者小于约20μm，或者约1.0μm～约10um；和/或
第三无机颗粒材料的粒径分布比第二无机颗粒材料更细。
4.如任一项前述权利要求所述的陶瓷前体组合物，其中：
第一无机颗粒材料选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物；和/或
第二无机颗粒材料选自铝假板钛矿、一种或多种形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物、莫来石和一种或多种形成莫来石的前体化合物或组合物；和/或
第三无机颗粒为形成铝假板钛矿的前体化合物或组合物。
5.如任一项前述权利要求所述的陶瓷前体组合物，其中，基于第三无机颗粒材料的总重量，第三无机颗粒为包含下述物质的组合物：约40重量％～约60重量％二氧化钛、约40重量％～约60重量％氧化铝、约0重量％～约5重量％的含碱土金属矿物相和/或一种或多种形成含碱土金属矿物相的化合物或组合物以及约0重量％～约5重量％的含Zr矿物相和/或一种或多种形成含Zr矿物相的化合物或组合物。
6.如任一项前述权利要求所述的陶瓷前体组合物，其中，基于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量，所述陶瓷前体组合物包含约20重量％～约60重量％的第一无机颗粒材料、约15重量％～约50重量％的第二无机颗粒材料和约15重量％～约50重量％的第三无机颗粒材料。
7.如权利要求5所述的陶瓷前体组合物，其中，第一无机颗粒材料与第三无机颗粒材料的重量比不大于约3:1。
8.如任一项前述权利要求所述的陶瓷前体组合物，其中，相对于第一、第二和第三无机颗粒材料的总合并重量，所述陶瓷前体组合物包含约10重量％～约90重量％的成孔剂。
9.如任一项前述权利要求所述的陶瓷前体组合物，其中，所述成孔剂的d50为约20μm～约50μm。
10.如任一项前述权利要求所述的陶瓷前体组合物，其还包含：
(i)一种或多种粘合剂；和/或
(ii)一种或多种助剂；和/或
(iii)溶剂，例如水。
11.一种制造陶瓷材料或结构体的方法，所述陶瓷材料或结构体的铝假板钛矿含量为至少约50重量％且孔隙率为至少约50％，所述方法包括：
(i)提供、制备或获得陶瓷前体，所述陶瓷前体具有至少三峰粒径并具有包含以下成分的组成：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料的量；
(ii)由所述陶瓷前体组合物形成生坯陶瓷材料，和
(iii)烧结所述生坯陶瓷材料。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述陶瓷前体组合物的组成如权利要求2～10中任一项所述。
13.如权利要求11或12所述的方法，其包括以下步骤：
(i)(1)提供、制备或得到由所述陶瓷前体组合物形成的可挤出混合物；
(i)(2)挤出所述混合物形成生坯陶瓷结构体，例如，生坯蜂窝结构体；
(i)(3)干燥所述生坯陶瓷结构体；和
(ii)烧结所述生坯陶瓷结构体，例如在高于1400℃的温度。
14.如权利要求11～13中任一项所述的方法，其中，生坯或烧结的陶瓷结构体为蜂窝形式，所述方法还包括封堵所述生坯或烧结的蜂窝结构体。
15.一种陶瓷材料或结构体，基于所述陶瓷材料或结构体的总重量，其铝假板钛矿含量为至少约50重量％，并且孔隙率为至少约50％，其中，所述陶瓷材料或结构体通过包括以下步骤的方法获得或制备：
(i)提供、制备或得到陶瓷前体，所述陶瓷前体具有至少三峰粒径并具有包含以下成分的组成：
(a)具有粗粒径分布的第一无机颗粒材料；
(b)粒径分布比(a)更细的第二无机颗粒材料；
(c)d50等于或小于约5μm并且可选地粒径分布比(b)更细的第三无机颗粒材料；和
(d)成孔剂或至少一种成孔剂，其量为适合得到孔隙率为至少约50％的陶瓷材料或结构体的量；
(ii)由所述陶瓷前体组合物形成生坯陶瓷材料或结构体，和
(iii)烧结所述生坯陶瓷材料或结构体，例如，在高于1400℃的温度。
16.如权利要求15所述的陶瓷材料或结构体，其孔隙率为至少约55％，或至少约60％，或大于60％。
17.如权利要求15或16所述的陶瓷材料或结构体，其铝假板钛矿含量等于或大于65重量％。
18.如权利要求15～17中任一项所述的陶瓷结构体，其为蜂窝结构体形式。
19.如权利要求15～18中任一项所述的陶瓷材料或结构体，其具有：(i)MOR为约0.8MPa～约2.5MPa，例如，约1.0MPa～约2.5MPa，例如，约1.0MPa～约2.0MPa；和/或(ii)杨氏模量为小于约10GPa，例如，约2.5GPa～约6.0GPa，例如，约3.5GPa～约6.0GPa；和/或(iii)TSP为至少约100℃，例如，约120℃～约500℃，例如，约120℃～约400℃；和/或(iv)CTE为约0.5×10-6℃-1～约3.5×10-6℃-1；和/或(v)孔隙率为约55％～约70％，例如，约60％～约70％；和可选的(vi)绝对(骨架)密度为约3.0g/cm3～4.0g/cm3，例如，约3.3g/cm3～约3.7g/cm3。
20.一种柴油颗粒过滤器，其包含权利要求18或19所述的陶瓷蜂窝结构体或者由其制成，或能够通过权利要求13或14所述的方法得到。
21.一种选择性柴油颗粒过滤器，其包含权利要求18或19所述的陶瓷蜂窝结构体或者由其制成，或能够通过权利要求13或14所述的方法得到。
22.一种汽油颗粒过滤器，其包含权利要求18或19所述的陶瓷蜂窝结构体或者由其制成，或能够通过权利要求13或14所述的方法得到。
23.一种载具，其具有柴油发动机和过滤***，所述过滤***包含权利要求20所述的柴油颗粒过滤器或权利要求21所述的选择性柴油颗粒过滤器。
24.一种载具，其具有汽油发动机和过滤***，所述过滤***包含权利要求22所述的汽油颗粒过滤器。
25.一种SCR催化剂体系，其包含权利要求15～19中任一项所述的陶瓷材料或结构体和SCR催化剂，所述SCR催化剂可选地涂布在所述陶瓷材料或结构体的表面上。
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