CN1253405C

CN1253405C - 陶瓷载体及其制备方法

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Publication number: CN1253405C
Application number: CNB2004100369313A
Authority: CN
Inventors: 长谷智实; 小池和彦; 平野真一
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: JP3945446B2; US20040224835A1; JP2004321936A; CN1539790A; DE102004019944A1

Abstract

一种包含基质陶瓷的陶瓷载体，所述基质陶瓷含有作为构成元素的Mg、Al、Si和O并且含有作为第二种成分的不同于所述构成元素的元素。所述的载体含有许多能吸收热膨胀的微孔，孔隙率大于28%并且热膨胀系数小于2.3×10^-6/℃。所述第二种成分能够直接负载催化剂成分。

Description

陶瓷载体及其制备方法

发明领域

本发明涉及在例如汽车发动机的废气净化催化剂中用于负载催化剂的陶瓷载体以及制备陶瓷载体的方法。

发明背景

到目前为止广泛用于负载催化剂的陶瓷载体是具有低热膨胀性和高耐热冲击性的堇青石(2MgO₂·Al₂O₃·5SiO₂)。通常通过将堇青石制成蜂窝体状，然后用γ-氧化铝涂覆表面，在其上负载贵金属催化剂，从而将该陶瓷载体用作催化剂体。因为堇青石的比表面积太小，不能在堇青石上负载需要量的催化剂成分，所以需要形成涂层。通过使用比表面积大的γ-氧化铝可以增加载体的表面积。

然而，载体表面涂有γ-氧化铝所引起的问题是：热容量因重量的增加而增加。近年来，已经进行研究以通过减薄蜂窝载体的胞壁来减小热容量，从而实现催化剂的早期活化。但是，该效果因涂层的形成而减小。此外，涂层所产生的问题是：热膨胀系数因涂层而变大并且压力损失因晶胞的开孔面积的减小而增加。

因此，正在对其中可以负载催化剂成分而不形成涂层的陶瓷载体进行各种研究。例如，通过将堇青石进行酸处理，然后进行热处理的方法可以提高堇青石自身的比表面积，但是，该方法存在缺点并且不实用，因为酸处理等破坏了堇青石的晶格并且降低了强度。

本发明人先前已提出了一种陶瓷载体，其中能够将构成基质陶瓷的至少一种元素用不同于构成元素的元素所代替，并由此将催化剂成分直接负载到基质陶瓷上的陶瓷载体，正如日本未审专利公开(Kokai)号2001-310128所描述的那样。所述的直接负载陶瓷载体可以分布有一涂层以增加比表面积，并且其不会随着酸处理等而出现强度降低的问题，由此作为需要具有耐用性的汽车催化剂是有前景的。

然而，直接负载陶瓷载体的热膨胀系数与堇青石自身相比因引入代替元素而增加，尽管所述的增加不会与形成涂层的情况一样大。因此，需要能够直接负载催化剂成分，同时尽可能地抑制热膨胀系数随着代替元素的引入而增加，并且需要维持堇青石的优良性能。

在这些条件下作出了本发明，本发明的目的是得到直接负载的具有更高性能和优良实用性的陶瓷载体，其中可以维持基质陶瓷的性能并且同时可以直接负载催化剂成分。

发明概述

根据本发明的第一个方面，陶瓷载体包含基质陶瓷，所述的基质陶瓷含有作为构成元素的Mg、Al、Si和O并且包含作为第二种成分的不同于这些构成元素的元素，以直接负载催化剂成分。本发明的陶瓷载体的特征在于在颗粒之间存在许多能够吸收热膨胀的微孔，孔隙率大于28％，热膨胀系数小于2.3×10^-6/℃。

在本发明的陶瓷载体中，所述的基质陶瓷包含由元素Mg、Al、Si和O组成的第一种成分(例如堇青石)和包含至少一种不同于所述元素的元素的第二种成分，其中所述的第二种成分对催化剂成分具有强键合力，其与堇青石形成固溶体并且可以将催化剂成分直接负载于其上。通过具有所述的结构可以在其上分散涂层。此外，由于因颗粒之间存在许多微孔，孔隙率大于28％，并且通过微孔可以吸收热膨胀，可以达到在常规的直接负载陶瓷载体中难于实现的小于2.3×10^-6/℃的热膨胀系数。通过适当地选择原料，加速将用做基质的陶瓷晶体的生长并且同时防止晶体粒度的增加，可以得到具有所述的低热膨胀性的直接负载型陶瓷载体。因此，可以实现具有优良的耐热冲击性和高性能的直接负载型陶瓷载体。

在根据本发明的第二个方面的陶瓷载体中，将堇青石用作基质陶瓷。包含构成元素Mg、Al、Si和O的基质陶瓷优选是堇青石，并且利用该材料有利于获得低热膨胀性。

在根据本发明的第三个方面的陶瓷载体中，基质陶瓷中堇青石的量是25mol％或更高。为了维持基质陶瓷的性能，其中固溶有第二种成分的堇青石的量为25mol％或更高。具有低热膨胀性的堇青石晶体的含量的增加有利于获得低热膨胀性。

在根据本发明的第四个方面的陶瓷载体中，将在其电子轨道内具有d或f轨道的至少一种元素用作第二种成分。引入基质陶瓷的第二种成分的元素优选对催化剂成分具有较大的键合力。具有d或f轨道的元素的能级与催化剂成分的能级接近，因此容易给出电子以有利于成键。

在根据本发明的第五个方面的陶瓷载体中，将选自Cr、Mo、W、Co、Ti、Fe、Ga、Ni、Cu、Zn、Sc、Y、Ge、Zr和Mn中的至少一种元素用作第二种成分。这些元素是具有d或f轨道的元素。将作为第二种成分的这些元素中的一种或多种引入基质陶瓷使得其能够直接负载催化剂成分。

在根据本发明的第六个方面的陶瓷载体中，包含作为第二种成分的W和Ti，并且作为Ti源的原料是金红石氧化钛。当将W和Ti用作第二种成分时，负载催化剂的能力提高。当将金红石氧化钛用作Ti的原料时，可以防止晶体粒度的增加，并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的许多亚微米至微米级的微孔，结果，热膨胀系数显著降低。

在根据本发明的第七个方面的陶瓷载体中，在基质陶瓷的构成元素中，作为Mg源的原料是粘土矿物质。当使用粘土矿物质时，晶体在烧制时暂时分解，并且结晶反应加速，结果，可以减少晶体之间形成的热膨胀系数高的无定形相，并且可以达到降低基质陶瓷的热膨胀系数的效果。此外，当使用粘土矿物质时，可以提供有利于成型的适宜粘度，这样能够减少对天然原料的加工处理并且成本降低。

在根据本发明的第八个方面的陶瓷载体中，作为Mg源的粘土矿物质是滑石。粘土矿物质优选为滑石，并且当使用滑石时，由于它是板状晶体，所以成型后的晶体有利于具有定向性能。该定向性能是有用的，并且因此可以降低热膨胀系数。

在根据本发明的第九个方面的陶瓷载体中，在基质陶瓷的构成元素中，作为Al源的原料是氢氧化铝。当使用氢氧化铝时，晶体在烧制时因结晶水的蒸发而暂时分解，结晶反应加速，结果，可以减少晶体之间形成的热膨胀系数高的无定形相的量，并且可以达到降低基质陶瓷的热膨胀系数的效果。

在根据本发明的第十个方面的陶瓷载体中，在基质陶瓷的构成元素中，作为Si源的原料是无定形氧化硅。当使用无定形氧化硅时，可以防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的亚微米至微米级的空隙。此外，还可以防止生成不同于所需晶体的晶体，并且所产生的所需物质的量增加。

在根据本发明的第十一个方面的陶瓷载体中，无定形氧化硅是熔融的二氧化硅或煅烧的高岭土。具体地讲，可以将熔融的二氧化硅或烧制的高岭土用作Si源并且容易得到第十方面的效果。

在根据本发明的第十二个方面的陶瓷载体中，孔隙率是30％或更高，热膨胀系数为2.0×10^-6/℃或更小。通过具有较大的空隙率，可以增加能够吸收热膨胀的空隙，并且进一步降低热膨胀系数。优选将上述原料适当地组合，由此可以实现孔隙率为30％或更高，热膨胀系数为2.0×10^-6/℃或更小，并且可以得到高性能的陶瓷载体。

根据第十三个方面，本发明提供了制备陶瓷载体的方法。本发明提供了一种制备包含基质陶瓷的陶瓷载体的方法，所述的基质陶瓷包含由元素Mg、Al、Si和O组成的第一种成分和包含至少一种不同于所述元素的元素的第二种成分，以直接负载催化剂成分，其中所述的方法包括：

提供作为所述的第二种成分的W和Ti、作为Mg源的粘土矿物质、作为Al源的氢氧化铝、作为Si源的无定形氧化硅、作为W源的钨或钨化合物以及作为Ti源的金红石氧化钛，

将这些原料相混合以得到陶瓷原料，

将形成的陶瓷原料捏合，

将捏合后的产物成型，

将成型后的产物烧制。

如上所述，已发现，在制备直接负载型陶瓷载体(其包含含有Mg、Al、Si和O作为构成元素的陶瓷(例如堇青石)，其中引入对催化剂成分具有强键合力的其它元素)的过程中，原料的选择在很大程度上影响着所得到的陶瓷载体的性能。例如，当使用粘土矿物质或氢氧化铝时，其晶体在烧制时暂时分解，结晶反应加速，结果，晶体之间形成的无定形相的量减少，并且热膨胀系数降低。此外，当使用无定形氧化硅或金红石氧化钛时，可以防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的亚微米至微米级的空隙。因此，通过适当地组合这些原料可以大大地降低基质陶瓷的热膨胀系数。

在根据本发明的第十四个方面的方法中，粘土矿物质是滑石。优选将滑石用作镁源的粘土矿物质。由于滑石具有板状晶体，所以有利于成型后的晶体具有定向性能。该定向性能是有用的，并且因此可以降低热膨胀系数。

在根据本发明的第十五个方面的方法中，无定形氧化硅是熔融的二氧化硅或煅烧的高岭土。优选地，当将熔融的二氧化硅或烧制的高岭土用作Si源的无定形氧化硅时，可以防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的亚微米至微米级的空隙，由此可以达到降低热膨胀系数的效果。此外，还可以防止生成不同于目标晶体的晶体，并且所产生的目标物质的量增加。

附图简述

图1是通过比较来表示在本发明的实施例中当原料改变时的热膨胀系数的变化的直方图；

图2(a)是表示对比例1的陶瓷载体的晶体结构的图形(扫描电子显微镜(SEM)的观测图)；

图2(b)是表示实施例1的陶瓷载体的晶体结构的图形(SEM观测图)；

图3是通过比较来表示在对比例1和实施例2和3中当原料改变时的孔隙率的变化的直方图；

图4是通过比较来表示实施例2和3的陶瓷载体中堇青石的量的直方图；

图5是用于描述实施例3的陶瓷载体的反应过程的直方图。

发明详述

下面详细地描述本发明。本发明的陶瓷载体是能够直接负载的载体，其中使用包含作为构成元素Mg、Al、Si和O的基质陶瓷，然后将不同于这些构成元素的元素作为第二种成分引入到基质陶瓷中，由此能够直接负载催化剂成分。更具体地讲，第二种成分被固溶到基质陶瓷中，并且将催化剂成分键合到固溶的第二种成分上，由此能够直接负载催化剂成分。另外，本发明的陶瓷载体所具有的特征是，在颗粒之间存在许多吸收热膨胀的微孔，孔隙率大于28％，并且热膨胀系数小于2.3×10^-6/℃。孔隙率优选为30％或更高，更优选35％或更高。当孔隙率变大时，吸收热膨胀的效果升高，并且热膨胀系数进一步降低。热膨胀系数优选为2.0×10^-6/℃或更小，更优选为1.5×10^-6/℃或更小。通过使用构成基质陶瓷的Mg、Al和Si源以及可起到第二种成分的作用的元素来源的具体原料可以得到所述的陶瓷载体。

对于基质陶瓷，例如，优选使用具有2MgO₂·Al₂O₃·5SiO₂所表示的理论组成的堇青石。堇青石具有低热膨胀性和优良的耐热冲击性，因此适宜作为需要具有高温耐用性的废气净化催化剂的载体。为了保持堇青石的性能，固溶于整个陶瓷载体中的堇青石的量为25mol％或更高。对陶瓷载体的形状没有特别的限制，并且陶瓷载体可具有各种形状例如蜂窝状、泡沫状、中空纤维状、纤维状、粉末状和颗粒状。

对于第二种成分，适宜使用与所负载的催化剂成分的键合力大于构成基质陶瓷的金属元素(Mg、Al、Si)与所负载的催化剂成分的键合力并且能够化学键合到催化剂成分上的元素。所述元素的具体例子是在其电子轨道内具有d或f轨道的元素。在这些元素当中，优选的是在d或f轨道内具有空轨道的元素。在d或f轨道内具有空轨道的元素的能级接近于所负载的催化剂成分(诸如催化贵金属)的能级，因此易于给出电子。另外，具有两种或多种氧化态的元素也易于给出电子并且容易与催化剂成分成键。

在d或f轨道内具有空轨道的元素的具体例子包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Ge、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir和Pt。在这些元素中，Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ce、Pr、Eu、Tb、Ta、W、Re、Os、Ir和Pt具有两种或多种氧化态的元素。优选使用至少一种或多种选自Cr、Mo、W、Co、Ti、Fe、Ga、Ni、Cu、Zn、Sc、Y、Ge、Zr和Mn的元素。更优选组合使用W和Ti。

为了将所述的在d或f轨道内具有空轨道的元素引入到基质陶瓷中，通常将基质陶瓷的构成元素用第二种成分的元素所代替，并且对第二种成分的元素进行固溶解，由此使得与催化剂成分具有强键合力的元素存在于陶瓷载体表面上。第二种成分的元素可直接负载这些元素或催化剂成分。在用第二种成分代替基质陶瓷的构成元素(Mg、Al、Si)的过程中，第二种成分的固溶量为5ppb或更高，优选5ppm或更高，按照所代替的构成元素的原子数计算。当固溶量为5ppb或更高时，例如，可以将平均粒度为50nm的催化剂成分以0.01g/L或更高的量进行负载，并且车辆用标准陶瓷催化剂载体所需的催化性能令人满意。当催化剂成分的平均粒度为5nm时，固溶量优选为5ppm或更高。

第二种成分的元素的固溶量更优选是所代替的构成元素的原子数的0.01至50％。如果第二种成分的元素的总量小于0.01％时，其中可负载催化剂成分的活性位数目减少，然而，如果其超过50％，则基质陶瓷的性能受到不利的损失。在其中的构成元素被多种第二种成分的元素所代替的情况下，应该在上述范围内调节总取代量。通常根据基质陶瓷的类型或第二种成分的元素将固溶量最优化。即，适当地选择固溶量以确保催化剂的必需负载量而不降低基质陶瓷的机械性能，例如强度和热膨胀系数、耐热性、耐候性等。例如，当基质陶瓷是堇青石并且第二种成分的元素是W和Ti时，第二种成分的元素的固溶量优选为所代替的构成元素的原子数的2至7％。

在制备本发明的陶瓷载体的过程中，例如，当制备基质陶瓷的原料时，根据取代量首先减少待取代的构成元素(Mg、Al、Si)的一部分原料，然后以预定量加入第二种成分的元素的原料。将该陶瓷原料相混合，通过常规方法捏合、成型并干燥后，在常压气氛中烧制。此时，在本发明中，对于Mg、Al和Si源的原料以及第二种成分的元素的原料，可以使用具体的化合物，因为结晶反应在烧制时的反应性等会随着原料而改变。通过适当地混合这些原料，可以控制所得到的陶瓷载体的微型结构和孔隙率，并且可减小热膨胀系数。

具体地讲，对于本发明的陶瓷载体的构成元素(Mg、Al、Si)，将粘土矿物质用作Mg源。当将粘土矿物质用作原料时，晶体在烧制时暂时分解，并且结晶反应加速，结果，可以减少晶体之间形成的热膨胀系数高的无定形相，并且陶瓷载体的热膨胀系数减小。此外，当使用粘土矿物质时，可以提供有利于成型的适宜粘度，这样能够减少对天然原料的加工处理并且降低成本。粘土矿物质优选为滑石，并且当使用滑石时，由于它是板状晶体，所以有利于成型后的晶体具有定向性能。该定向性能是有用的，并且因此可以降低热膨胀系数。

在基质陶瓷的构成元素中，Al源优选为氢氧化铝。当将氢氧化铝用作原料时，晶体在烧制时因结晶水的蒸发而暂时分解，并且结晶反应加速，结果，可以减少晶体之间形成的热膨胀系数高的无定形相，并且可以达到降低基质陶瓷的热膨胀系数的效果。作为Al源，还可以组合使用廉价的氧化铝。

在基质陶瓷的构成元素中，Si源通常是高岭土，并且优选是无定形氧化硅。当将无定形氧化硅用作原料时，可以防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的亚微米至微米级的微孔，由此可达到降低热膨胀系数的效果。此外，还可以防止生成不同于目标晶体(例如堇青石)的晶体，并且所产生的目标物质的量增加。无定形氧化硅可优选是熔融的二氧化硅或煅烧的高岭土。煅烧的高岭土可通过煅烧例如高岭石、dekkite或多水高岭石来得到。

作为第二种成分，可以使用上述的各种元素，但尤其是当使用Ti并且将金红石氧化钛(金红石TiO₂)用作Ti源时，热膨胀系数可有效降低。通过使用金红石氧化钛，可以达到防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成可吸收热膨胀的亚微米至微米级的微孔的效果，并且热膨胀系数显著降低。此外，当使用W时，与催化剂成分的键合力增强。因此，优选组合使用W和Ti，这样可以提高负载催化剂的能力，降低热膨胀系数，并且是更有效的。W的原料优选是钨或钨化合物例如氧化钨(WO₃)。

负载到本发明的陶瓷载体上的催化剂成分的适宜例子包括贵金属元素诸如Pt、Rh、Pd、Ru、Au、Ag、Ir和In。可以使用至少一种或多种选自这些贵金属元素的元素。此时，催化剂贵金属的平均粒度优选为100nm或更小。利用100nm或更小的平均粒度可以提高每单位重量催化剂的净化性能。如果需要的话，还可以加入各种助催化剂。助催化剂的例子包括金属元素诸如Hf、Ti、Cu、Ni、Fe、Co、W、Mn、Cr、V、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Sc、Ba、Ka和镧系元素(例如La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)或其氧化物或复合氧化物。根据目的(例如防止老化、隔离氧的能力以及催化剂老化的检测)不同可以使用选自这些元素的一种或多种催化剂成分。

一般通过将陶瓷载体浸入到含有所需的催化剂成分的溶液中，然后干燥并烧制，可以将所述的催化剂成分负载到本发明的陶瓷载体上。在组合使用两种或多种催化剂成分的情况下，首先制得含有大多数催化剂成分的溶液，然后将陶瓷载体浸入溶液中。例如，在使用Pt和Rh作为主催化剂成分的情况下，可以使用含有六氯铂酸和氯化铑的溶液。另外，还可以组合使用各种助催化剂成分。所负载的催化剂成分的量优选为0.05至10g/L的贵金属和1至250g/L的助催化剂。

下面将参照以下实施例更清楚地理解本发明：

实施例

实施例1至3以及对比例1：

按照上述方法制得本发明的陶瓷载体，其中将堇青石用作基质陶瓷并且将W和Ti用作第二种成分并且是固溶的。对于W和Ti的原料，使用了氧化钨(WO₃)和金红石氧化钛(金红石TiO₂)。对于构成堇青石的金属元素(Al、Mg、Si)的原料，可以使用起到Mg源的作用的作为粘土矿物质的滑石、作为Al源的氢氧化铝(Al(OH)₃)和氧化铝(AlO₂)以及作为Si源的高岭土。用W取代5％的Si源并且用Ti取代5％的相同Si源，然后将这些原料的粉末相混合以接近堇青石的理论组成点。然后，将粘结剂、润滑剂、润湿剂等加入到所形成的混合原料中，通过常规方法进行捏合，然后将捏合后的原料成型并干燥。将干燥体于900℃下在常压气氛中脱除油脂，然后在1260℃下烧制得到本发明的陶瓷载体样品(实施例1)。

另外，按照相同的方式利用相同的原料得到陶瓷载体，所不同的是，仅将氢氧化铝用作Al源(实施例2)。此外，按照相同的方式得到陶瓷载体，所不同的是，将熔融的二氧化硅(它是无定形氧化硅)用作Si源(实施例3)，将锐钛矿氧化钛用作Ti源(对比例1)。对所有得到的陶瓷载体的热膨胀系数进行测定，结果如图1所示。

从图1可明显看出，在使用金红石氧化钛的所有实施例1至3中，热膨胀系数为1.5×10^-6/℃或更小，因此，可以实现通常难于达到的低热膨胀系数2.0×10^-6/℃或更小。在仅使用氢氧化铝作为Al源的实施例2中，热膨胀系数(即，1.4×10^-6/℃)小于组合使用氧化铝和氢氧化铝的实施例1的热膨胀系数(即，1.5×10^-6/℃)，在使用熔融的二氧化硅作为Si源的实施例3中，热膨胀系数进一步降低(即，1.0×10^-6/℃)。相反地，在使用锐钛矿氧化钛地对比例1中，热膨胀系数高达2.3×10^-6/℃，这表明原料的选择在很大程度上影响着所得到的陶瓷载体地性能。

图2(a)和2(b)分别表示对比例1和实施例2的陶瓷载体的SEM观测图。从这些图的对比可明显看出，使用氢氧化铝和金红石氧化钛的实施例2的样品的晶体粒度小于使用氧化铝、氢氧化铝和锐钛矿氧化钛的对比例的样品的晶体粒度。还可以看出，在对比例1中，在颗粒与颗粒之间很少形成空隙，但在实施例2中，在颗粒之间形成许多亚微米至微米级的空隙。据信，这时因为在使用锐钛矿氧化钛时，反应进行以产生熔融态，所以颗粒彼此熔融键合，结果，在颗粒与颗粒之间很少形成空隙，但是，当使用金红石氧化钛时，可以抑制反应并且易于在颗粒之间形成空隙。

图3表示对比例1和实施例2和3的陶瓷载体的孔隙率测定结果。在图3中，使用氧化铝、氢氧化铝和锐钛矿氧化钛的对比例1的孔隙率为28％，然而，在使用氢氧化铝和金红石氧化钛的实施例2和3中，孔隙率大于35％。从所述结果可明显看出，通过适当地选择原料可以防止晶体粒度的增加并且可以在颗粒之间形成许多亚微米至微米级的空隙，从而使得孔隙率为30％或更高。在实施例2和3的样品中，热膨胀系数降低的原因是：当颗粒因加热而膨胀时，微孔首先关闭并且不会产生载体的膨胀(这就是吸收热膨胀的状态)。如果颗粒的膨胀大于颗粒之间的空隙时，就会发生载体的热膨胀。

将熔融的二氧化硅用作Si源的实施例3的孔隙率大于将高岭土用作Si源的实施例2的孔隙率，这表明：当使用熔融的二氧化硅时，可以提高防止晶体粒度增加以及在颗粒之间形成微孔的效果。此外，如图4所示，在使用熔融的二氧化硅的实施例3中，堇青石在全部基质中的占有量超过60mol％，这表明：当使用熔融的二氧化硅时，可以加速堇青石的结晶反应并且所生成的堇青石的量增加。由于通过微孔吸收热膨胀并且具有低热膨胀性的堇青石增多，如图1所示，所以热膨胀显著降低。

图5表示当通过利用滑石作为Mg源、氢氧化铝作为Al源、熔融的二氧化硅作为Si源、然后向其中加入氧化钨和金红石氧化钛并将其混合来制备陶瓷载体时的反应过程。在这种情况下，将氢氧化铝在200至300℃下脱水并变成无定形的，然后将氧化钨在500至700℃下脱水并变成无定形的，然后将滑石在700至900℃下脱水并变成无定形的。将这些均变成无定形状态的氢氧化铝、氧化钨和滑石以及始终保持原样的熔融的二氧化硅从1000℃反应以生成固溶体堇青石。

通常在制备陶瓷载体的过程中，倾向于选择具有良好反应性的材料作为原料。然而，从图1至5的结果可看出，原料具有显著的影响，所述的倾向未必是正确的。例如，据信，用熔融的二氧化硅代替在相对低温下进行脱水分解的高岭土可以减少热膨胀，不仅可以抑制不同于堇青石的晶体的生成，而且可以抑制晶体粒度的增加。另外，在氧化钛的情况下，用具有适当反应性的金红石型代替具有优良反应性的锐钛矿型，可以防止晶体粒度的增加并且在颗粒之间形成空隙。当陶瓷载体因加热而膨胀时，微孔首先关闭并且不会产生载体的膨胀(这就是吸收热膨胀的状态)，结果，可以降低热膨胀系数。

如前面几页的描述，根据本发明的陶瓷载体，适当地选择并混合原料，由此可以控制所生成的堇青石的量、晶体粒度、孔隙率等，可以降低热膨胀系数并且可以显著提高耐热冲击性。

Claims

1、包含基质陶瓷的陶瓷载体，所述的基质陶瓷包含由元素Mg、Al、Si和O组成的第一种成分和至少一种选自Cr、Mo、W、Co、Ti、Fe、Ga、Ni、Cu、Zn、Sc、Y、Ge、Zr和Mn的元素的第二种成分，以直接负载催化剂成分，其中所述的载体由颗粒和多个颗粒之间形成的微孔所组成，所述的微孔吸收热膨胀，载体的孔隙率大于28％并且热膨胀系数小于2.3×10^-6/℃。

2、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其中所述的基质陶瓷为堇青石。

3、根据权利要求2所述的陶瓷载体，其中基质陶瓷中堇青石的量大于等于25mol％。

4、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其中包含作为所述的第二种成分的W和Ti，并且在所述的陶瓷载体的制备过程中将金红石氧化钛用作Ti源。

5、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其中，在所述的陶瓷载体的制备过程中将粘土矿物质用作Mg源。

6、根据权利要求5所述的陶瓷载体，其中所述的粘土矿物质是滑石。

7、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其中，在所述的陶瓷载体的制备过程中将氢氧化铝用作Al源。

8、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其中，在所述的陶瓷载体的制备过程中将无定形氧化硅用作Si源。

9、根据权利要求8所述的陶瓷载体，其中所述的无定形氧化硅是熔融的二氧化硅或煅烧的高岭土。

10、根据权利要求1至9中的任何一项所述的陶瓷载体，其孔隙率大于等于30％，热膨胀系数小于等于2.0×10^-6/℃。

11、用于制备如权利要求1-10中任何一项所述的包含基质陶瓷的陶瓷载体的方法，所述的基质陶瓷包含由元素Mg、Al、Si和O组成的第一种成分和至少一种选自Cr、Mo、W、Co、Ti、Fe、Ga、Ni、Cu、Zn、Sc、Y、Ge、Zr和Mn的元素的第二种成分，以直接负载催化剂成分，其中所述的方法包括：

将这些原料相混合以得到陶瓷原料，

将形成的陶瓷原料捏合，

将捏合后的产物成型，

将成型后的产物烧制。

12、根据权利要求11所述的制备陶瓷载体的方法，其中所述的粘土矿物质是滑石。

13、根据权利要求11或12所述的制备陶瓷载体的方法，其中所述的无定形氧化硅是熔融的二氧化硅或煅烧的高岭土。