專利名稱：：用于排氣系統(tǒng)的無機纖維基材及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用在排氣系統(tǒng)中的無機纖維基材，具體是涉及包括壁流型和/或直通型基材的排氣系統(tǒng)基材，更具體地是涉及用于過濾，再生和/或減少排氣系統(tǒng)排放物的基材，再具體地是涉及用于內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)的基材。本發(fā)明還涉及裝有這種基材的裝置和制造這種基材的方法。
背景技術：
：內(nèi)燃機(如汽車發(fā)動機，發(fā)電機等)，電廠，焚燒爐以及其它類似的燃燒裝置一般都包括把燃燒過程產(chǎn)物排出去的排氣系統(tǒng)。這種排氣系統(tǒng)一般都包含某種形式的直通型催化基材和/或壁流型過濾基材。燃燒產(chǎn)物可包含未燃燒和/或部分燃燒的副產(chǎn)物，如煙灰顆粒，一氧化碳，NOx等。排氣系統(tǒng)一般被設計成能限制這些燃燒副產(chǎn)物排放到大氣中去。已發(fā)現(xiàn)顆粒煙灰燃燒副產(chǎn)物是危害人體健康和環(huán)境的有害物質(zhì)。因而，排放這樣的煙灰顆粒受到了特別的關注。作為對這種關注的響應，政府已經(jīng)并正在頒發(fā)越來越嚴格的法規(guī)來限制和減少從象內(nèi)燃機，尤其是柴油機這類排放源的廢氣。因此，格外的注意力已經(jīng)針對開發(fā)更有效的排氣系統(tǒng)，能進一步限制和減少這些燃燒副產(chǎn)物的排放，尤其是過濾載會有顆粒的廢氣。一些燃燒裝置(如柴油機)會產(chǎn)生令人討厭的氣態(tài)(如一氧化碳)和顆粒(如煙灰)的燃燒副產(chǎn)物。這類發(fā)動機排氣系統(tǒng)的設計通常是具有一催化組件和一過濾部件來限制這兩種燃燒副產(chǎn)物的排出。催化轉化器典型地包括一具有陶瓷整體式結構的直通型催化基材。常規(guī)的直通型催化基材通常在促進排出的氣體的燃燒上是有效的(如使一氧化碳燃燒生成二氧化碳)；但是它們的價格偏高，且在排出的顆粒的燃燒上無能為力。市場上有售各種壁流型基材用來過濾廢氣中的顆粒。這樣的過濾基材包括如美國專利U.S.PatentNo.4,276,071所披露的整體式多孔陶瓷體。這種擠出的基材已經(jīng)由多孔材料如堇青石或碳化硅制得。這些擠出的陶瓷過濾器可能會經(jīng)久耐用和有效，但價格也偏高。用于此目的的便宜些的陶瓷纖維基顆粒過濾器已經(jīng)制造出來，但迄今這樣的過濾器尚未表現(xiàn)出實現(xiàn)商業(yè)成效所需的性能(如耐久性和效力)。例如，可見美國專利U.S.PatentNos.3,112,184；3,899,555；4,608,361；4,652,286；4,718,926；5,194,078和5,322,537。人們認為，這些先前的陶瓷纖維基過濾器不能實現(xiàn)商業(yè)成效的原因是在它們打算要工作的環(huán)境中的耐久性不夠。發(fā)明綜述因此，排氣系統(tǒng)需要較便宜又經(jīng)久耐用的纖維基基材可以用作壁流型基材，直通型基材或二者都行。本發(fā)明滿足了該需求本發(fā)明的一個方面提供了一種方法使用于燃燒裝置(如柴油機)排氣系統(tǒng)的纖維基紙張硬化方法。在該方法中，用第一浸漬分散液浸漬的一種生的陶瓷纖維基紙。然后將浸漬過的紙干燥，煅燒和燒成，形成硬化紙。該硬化過程至少進行一遍，最好兩遍或多遍。生的陶瓷纖維基紙包含耐火陶瓷纖維和一種有機物。該有機物包含一種或多種有機結合劑，也可以合乎需要地包含有機纖維。該有機材料至少部分地為生的紙?zhí)峁┝嗽谶\送和形成生的基材時所需的強度和柔性。按照本發(fā)明加工的生的紙，其形式旨在例如至少用作壁流式或直通式基材。第一浸漬分散液包含一種無機結合劑材料和一種滲透劑。該無機結合劑材料包含一種陶瓷組分。該陶瓷材料包含一種陶瓷前體材料，一種陶瓷材料或這二者的組合。該滲透劑包含一種有機物或聚合物。滲透劑足以降低浸漬分散液與生的基材表面(即纖維和結合劑材料形成的表面)之間的界面能，使得浸漬分散液潤濕并被吸附到生的紙中而不會造成浸漬分散液中陶瓷組分的顯著絮凝或顆粒分離(例如相分離)。浸漬過的紙先干燥，經(jīng)干燥的紙煅燒，經(jīng)煅燒的紙再燒成，至少部分地把有機物燒掉并至少使浸漬分散液中的部分陶瓷組分結合在一起，并與紙中的耐火陶瓷纖維結合在一起。陶瓷組分結合在一起以及陶瓷組分與耐火陶瓷纖維結合在一起，使得纖維都結合在一起形成硬化紙，它適用于燃燒裝置的排氣系統(tǒng)。當紙的形式為基材時，所制得的硬化基材適合用于燃燒裝置的排氣系統(tǒng)。燒成之后，耐火陶瓷纖維最好具有燒成陶瓷組分的不連續(xù)涂層(例如，聚集物)，燒成陶瓷組分在沿著耐火陶瓷纖維相互交叉點的間隔空間位置上將耐火陶瓷纖維結合在一起，因而該耐火陶瓷纖維盡管在紙張中卻依然保留著絕大部分其原來的柔性。紙中這種結合的纖維交叉點存在的量可以通過控制硬化過程來改變，并且可能會取決于根據(jù)特定的紙或紙基材的要求，耐火陶瓷纖維需保留其原來的柔性的程度。因此，燒成陶瓷組分涂層某種程度的連續(xù)性或許是可以接受的。有機物可以通過兩個或多個燒成步驟(即兩遍或多遍硬化過程)被燒盡，而不是在初次燒成(即第一遍硬化過程)中就一下子燒盡。雖然最好是在初次燒成時就把有機物基本上或完全燒盡。這里所用的術語”基本上燒盡”指的是幾乎所有的有機物被燒掉。干燥，煅燒和燒成可以都采用相同的熱源(如加熱爐等)來完成。干燥，煅燒和燒成可以采用一個加熱循環(huán)，也可以采用多個加熱循環(huán)。理想的是每一步驟在不同溫度下進行(例如，低溫下干燥，中間溫度下煅燒，更高溫度下燒成)。合乎需要的是，浸漬分散液中至少部分，最好絕大部分或全部的陶瓷組分帶有的電荷與至少部分，最好絕大部分或全部的耐火陶瓷纖維帶有的電荷相反，這樣帶有相反電荷的陶瓷組分和耐火陶瓷纖維就相互吸引。這樣的電荷差異可以促進陶瓷組分(例如納米粘土顆粒)吸附到耐火陶瓷纖維上去。這種吸引可以通過調(diào)節(jié)浸漬分散液的pH值來實現(xiàn)。浸漬分散液還可進一步包含補強顆粒，它帶有和耐火陶瓷纖維或陶瓷組分相同的電荷(例如表面電荷)。按照需要，這種補強顆粒所帶的電荷可以轉化成另一種電荷。浸漬分散液包含不同類型的浸漬顆粒，以及一種或多種不同類型的浸漬顆粒所帶的電荷加以轉化也是合乎需要的，這樣就能實現(xiàn)浸漬顆粒之間的吸引，而否則的話互相并不吸引。當有機物包含像諸如膠乳這樣的有機結合劑材料時，生紙中含有凝結劑(例如包含在用于制造生紙的漿料中)是合乎需要的。凝結劑至少能使有機結合劑材料凝結，并至少使有機結合劑材料附著在至少陶瓷纖維上，最好附著在可能存在于紙中的有機纖維上。在生紙或硬化的紙或紙基材的浸漬過程中，紙或紙基材的表面暴露(例如浸漬，噴霧等)在浸漬分散液中的速率最好至少要與浸漬分散液芯吸進入并穿過紙的速率一樣快，以避免浸漬分散液組分在浸漬過程中的物理分離或使這種現(xiàn)象減少到最低程度。浸漬過程中，紙或紙基材的表面暴露在浸漬分散液中的速率最好高于浸漬分散液芯吸進入并穿過紙的速率。硬化紙或紙基材可以通過重復上述的硬化過程來進一步地硬化。在這樣的進一步的硬化過程中，進一步的燒成會造成附加的浸漬分散液中至少部分，最好是絕大部分或全部的陶瓷組分結合在一起并與紙的陶瓷纖維結合在一起。進一步的燒成還可造成在以前的浸漬分散液中尚未反應的陶瓷組分(如果還有的話)結合在一起并與紙的陶瓷纖維結合在一起。因此，附加的陶瓷組分和以前尚未反應的陶瓷組分的這種反應，可造成耐火陶瓷纖維進一步結合在一起，形成進一步硬化紙或紙基材。在紙或紙基材中的有機結合劑材料基本上燒盡之后，使用不含有大量滲透劑的浸漬分散液是合乎需要的。本發(fā)明的方法還包括從紙漿料生產(chǎn)紙的造紙方法。紙漿料可包含耐火陶瓷纖維和有機結合劑材料。漿料最好還含有金屬碳化物(例如碳化硅)的顆粒和一種凝結劑，可能還會有顆粒狀陶瓷前體。足量的金屬碳化物顆?？墒辜堅诟稍?，煅燒和燒成之后能吸收微波?？捎玫奶沾汕绑w顆粒在燒成之后會形成高溫陶瓷，凝結劑會使有機結合劑材料凝結在漿料中的陶瓷纖維，金屬碳化物顆粒和陶瓷前體上，有機結合劑材料會使紙具有柔性和加工強度。紙漿料最好還包含無機結合劑材料，它是諸如像一種或多種膨潤土的陶瓷組分。用于紙漿料的陶瓷組分最好還包含金屬氧化物，金屬氧化物前體和它們的膠體。本發(fā)明的另一方面提供一種生的陶瓷纖維基的紙或紙基材，或其它的聚合物增強的生的陶瓷纖維三維坯體，它在硬化之后適用于燃燒裝置(如柴油機)的排氣系統(tǒng)。生紙基材或坯體包含兩張或多張構成生基材的生陶瓷纖維基的紙，至少一張紙有平的表面，至少另一張紙是有許多皺褶的，且每一皺褶有一尖頂。一張紙可以是平的，另一張是有皺褶的。每張生紙都包含耐火陶瓷纖維和有機物，有機物中至少包含一種有機結合劑和可用的有機纖維。用于制作生基材的一張或多張或每張生紙最好也包含足量的金屬碳化物(例如碳化硅)的顆粒，使得干燥，煅燒和燒成后的紙能吸收微波。用一種無機結合劑把帶皺褶的紙張的每個皺褶的尖頂結合在另一張紙的平的表面或皺褶上，把兩張紙層合在一起形成許多管狀通道。無機結合劑可是高粘度，高固體含量的懸浮液，其中有無機膠結劑組分，以及可有有機膠結劑組分。這種無機膠粘劑可包括耐火陶瓷顆粒(例如氧化鋁，堇青石，富鋁紅柱石，硅鋁酸鹽等)，陶瓷前體(例如納米粘土，勃姆石，堿性金屬鹽，金屬氫氧化物，金屬羥基氧化物等)或它們的組合。優(yōu)選地，形成生基材或坯體的陶瓷纖維紙用至少包含無機結合劑材料的浸漬分散液浸漬，若形成基材的紙含有足夠高濃度的有機結合劑材料，則浸漬分散液還包含一種滲透劑。該無機結合劑材料包含一種陶瓷組分。生基材中的浸漬分散液至少部分被干燥。陶瓷組分至少是陶瓷材料和陶瓷前體的一種。浸漬分散液的陶瓷組分優(yōu)選地包含至少一種或多種納米粘土和可有的碳化硅。陶瓷組分最好進一步還含有勃姆石，膠態(tài)氧化鋯和膠態(tài)二氧化硅中的一種或多種。陶瓷組分存在的量要不會在基材干燥，煅燒和燒成后，不可接受地降低基材的滲透性和均勻性。陶瓷組分最好包含至少一種帶電荷(如正電荷)的納米粘土，當陶瓷纖維帶有相反電荷時，就有助于納米粘土吸附到陶瓷纖維上去(例如，當陶瓷纖維帶正電荷，而納米粘土帶負電荷時)。浸漬分散液的陶瓷組分最好還包含陶瓷顆粒(例如，陶瓷顆粒，陶瓷前體顆粒等)，其平均顆粒直徑小于約4微米，至少約80％重量的陶瓷顆粒的平均顆粒直徑小于約10微米，至少約95％重量的陶瓷顆粒的平均顆粒直徑小于約20微米。陶瓷顆粒的平均顆粒直徑不大于約5微米也可合乎需要。陶瓷顆粒的平均顆粒直徑不大于約6微米也可合乎需要。滲透劑包含一種有機分子或聚合物，它足以降低浸漬分散液與生基材表面(即至少由纖維和結合劑形成的表面)之間的界面能，使得浸漬分散液潤濕并被吸附到生紙中，而不會造成浸漬分散液中陶瓷組分的顯著絮凝或顆粒分離(例如相分離)(即在被吸附的浸漬分散液中的陶瓷組分基本上是均勻的)。滲透劑在浸漬分散液中有足夠的溶解度，所以它以能夠有效地作為浸漬時的滲透劑的量存在。滲透劑最好包含一種有機分子或聚合物，通過至少(1)降低浸漬分散液的表面張力并(2)降低浸漬分散液和生基材的紙之間界面上的表面能這二者之一來促進浸漬分散液對生基材的潤濕。本發(fā)明的還有一個方面，是提供適用于燃燒裝置(例如柴油機)排氣系統(tǒng)的硬化陶瓷纖維基的紙或紙基材。硬化基材包含陶瓷纖維基的紙，其中包含耐火陶瓷纖維和陶瓷顆粒的聚集物。陶瓷顆粒聚集物被結合和配置，能使在沿著耐火陶瓷纖維相互交叉點的相隔位置上將耐火陶瓷纖維結合在一起，因而在紙中保留其大多原來的柔性。陶瓷顆?？梢允茄苌约{米粘土，碳化硅，勃姆石，膠態(tài)二氧化鋯，膠態(tài)二氧化硅，α-氧化鋁，過渡氧化鋁，鈰土，鈰土二氧化鋯混合物，鈦酸鋁，堇青石，富鋁紅柱石，其它的硅鋁酸鹽以及它們的組合。該硬化紙基材可與安裝材料或襯墊和外殼一起用。基材被放置在外殼中，安裝材料置于基材和外殼之間構成一基材組合件。硬化紙基材可以是濾芯，催化劑載體或二者兼有之。硬化紙基材更好能適用于內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)。硬化紙或紙基材最好能用微波加熱來再生，以便促進截留在紙或紙基材中的碳，紙或紙基材暴露表面上的殘?zhí)?，或這二者的燃燒。為了使其具有再生性，至少部分的包含在基材中的陶瓷纖維至少能夠部分地被涂覆上或至少部分地含有氧化催化劑材料。這樣的纖維一般在制紙過程中加入。為了使其具有再生性，陶瓷顆粒最好包含足夠量的金屬碳化物顆粒(例如碳化硅)使得硬化紙可以吸收微波。在一示范的用于過濾排放氣體的硬化紙或紙基材中，耐火陶瓷纖維包含著含鋁的陶瓷纖維以及含碳化硅顆粒的陶瓷顆粒。該示范的紙或紙基材最好還包含著含硅的氧化物材料。硬化紙中的陶瓷顆粒理想的平均顆粒直徑小于約4微米，至少約80％重量的陶瓷顆粒的平均顆粒直徑小于約10微米，至少約95％重量的陶瓷顆粒的平均顆粒直徑小于約20微米。陶瓷顆粒的平均顆粒直徑不大于約5微米也可合乎需要。陶瓷顆粒的平均顆粒直徑不大于約6微米也可合乎需要。更可取地，硬化紙或紙基材中的耐火陶瓷纖維是部分取向的(即在它們的取向上不是完全隨機的)。硬化紙中最好有約60％以上的耐火陶瓷纖維的取向在與紙平面平行的約35°以內(nèi)。還要可取地，透鏡狀或片狀的孔隙能形成或者以另外方式存在于紙內(nèi)，這些孔隙的取向接近平行于紙平面。這樣的透鏡狀或片狀的孔的長軸典型地處于約50微米至300微米的長度范圍內(nèi)，其高度范圍為約10至50微米。陶瓷顆粒最好在硬化紙基材內(nèi)不形成相連的相(即顆粒一般形成不相連的相)。典型地，陶瓷顆粒在硬化紙內(nèi)的陶瓷纖維上不形成連續(xù)的涂層(即顆粒一般形成非連續(xù)涂層)。硬化紙基材可以是壁流型基材或者直通型基材。硬化紙或硬化紙基材可具有70％以上的孔隙率，甚至約80％至95％的空隙率。硬化紙或紙基材的空隙率范圍優(yōu)選約在80％至95％之間，平均流動孔徑范圍約在10至15微米之間，用孔隙測量儀所測量。硬化紙或紙基材的玻璃含量(一般為玻璃顆粒)要低于5％重量，更優(yōu)選地要低于2％重量，最優(yōu)選地要低于1％重量。硬化紙基材的堿金屬含量最好要低，低于2％重量，更優(yōu)選地低于0.5％重量。此處所用的術語”生(的)”指的是包含有機物和無機纖維的制品或復合材料未經(jīng)煅燒和燒成過，即未經(jīng)受足夠高的溫度把大量或全部的有機物燒掉。這樣的制品或復合材料的例子包括本發(fā)明的陶瓷纖維基紙基材和用于制造該基材的紙。此處所用的術語”玻璃”指的是金屬氧化物或金屬硫化物基的物質(zhì)，通常有高的堿金屬氧化物含量，它與纖維基基材中相鄰的陶瓷物質(zhì)反應引起該陶瓷物質(zhì)大量的晶粒生長和變脆，或者在硬化過程的煅燒或燒成步驟中熔化，或者在排氣系統(tǒng)中的纖維基基材使用時熔化。這樣的玻璃物質(zhì)可包括例如處于以下廣泛類別的玻璃硅鋁酸鈉和硅鋁酸鉀，堿金屬硼硅酸鹽，堿金屬硼硅鋁酸鹽等。注意，按照以上定義的術語，某些處于這些廣泛類別中的玻璃可能不是一種玻璃。此處所用的術語”陶瓷”指的是玻璃以外的陶瓷物質(zhì)。此處所用的術語”納米粘土”指的是粘土的形態(tài)為極細的小片，薄片或其它顆粒，其中顆粒的至少一個尺度在納米范圍內(nèi)。使用至少一個尺寸小于約30納米，優(yōu)選地，小于約20納米的納米粘土顆粒是合乎需要的。更可取地，納米粘土顆粒的主尺度，即最大尺寸，小于約50微米。優(yōu)選地，納米粘土顆粒的形態(tài)為小片或薄片。此處所用的陶瓷分散液或溶膠指的是一種液體介質(zhì)，其中加入了陶瓷顆粒(例如粉末，薄片)并均勻地分散在該液體介質(zhì)中。此處所用的第一分散液指的是一種分散液，它包含一含有一種陶瓷組分和至少一種滲透劑的溶液。第一分散液至少用作第一浸漬溶液來浸漬聚合物增強的生陶瓷紙或紙坯體。此處所用的長寬比指的是一個物體的長度與其寬度之比值。在這點上，長度為100微米和寬度為2微米的一根纖維可描述為它具有長寬比50。此處所用的壁流型纖維基紙基材是廢氣必須流過基材的壁才能穿過基材(例如顆粒過濾器)。此處所用的直通型纖維基紙基材是廢氣接觸基材壁的外表面但不必流過基材的壁就能穿過基材(例如催化劑載體)。此處所用的術語空隙率指的是相對于閉孔空隙率而言的連通孔空隙率。紙中的連通孔空隙率是需要的，因為它讓氣體滲透穿過紙，而閉孔空隙率不會。附圖的簡要說明圖1為按照本發(fā)明的纖維基紙基材的透視圖。圖2為按照本發(fā)明的壁流型纖維基紙基材的部分端視圖。圖3為按照本發(fā)明的壁流型纖維基紙基材組合件的剖面示意圖。圖4為放大100倍的陶瓷纖維紙剖面的顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成一遍。圖5為放大300倍的陶瓷纖維紙表面的顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成一遍。圖6為放大500倍的陶瓷纖維紙剖面顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成一遍。圖7為放大1,500倍的陶瓷纖維紙剖面的顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成一遍。圖8為放大300倍的陶瓷纖維紙表面的顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成兩遍。圖9為放大100倍的陶瓷纖維紙剖面的顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成兩遍。圖10為放大1,000倍的陶瓷纖維紙剖面的顯微鏡照片，該陶瓷纖維紙已按照本發(fā)明被浸漬，干燥，煅燒和燒成兩遍。圖11a為陶瓷纖維紙的平面圖，該具有增強圖案的陶瓷纖維紙已被浸漬過。圖11b為陶瓷纖維紙的平面圖，該具有另一種增強圖案的陶瓷纖維紙已被浸漬過。圖11c為陶瓷纖維紙的平面圖，該具有另一種增強圖案的陶瓷纖維紙已被浸漬過。實施方式的詳細說明雖然在這里本發(fā)明是根據(jù)一些特定的實施方式加以描述的，顯然對于本行業(yè)里的技術人員說來，可以作各種各樣的改變，重新安排和替換而不會違反本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明的范圍僅僅限于附在這里的權利要求書及其相當?shù)膬?nèi)容。本發(fā)明提供一種高強度且耐用的耐火陶瓷纖維基的紙質(zhì)基材，可用于壁流型(例如過濾)和/或直通型(例如催化)的用途。本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)基材的諸多特征在于密度低，強度高，背壓低(即空隙率高)，截留效率高，熱穩(wěn)定性高，化學穩(wěn)定性高。用于過濾時，該纖維基紙質(zhì)基材可表現(xiàn)出70％以上的空隙率，最高可達約80％至95％的空隙率?？扇〉氐?，該纖維基紙質(zhì)基材的玻璃(一般是玻璃顆粒)含量低，例如，低于約5％重量，優(yōu)選地低于約2％重量，最好低于1％重量。該纖維基紙質(zhì)基材的堿金屬含量低是合乎需要的，例如低于約法2％重量，優(yōu)選地低于約0,5％重量，最好低于0.25％重量。玻璃含量低和堿金屬含量低給纖維基紙質(zhì)基材帶來更好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。玻璃在與陶瓷纖維接觸時的熱過程時間使玻璃與陶瓷纖維起化學反應，導致陶瓷纖維強度有一定的降低。除了可用于濾芯和/或催化劑載體外，本發(fā)明也適合于再生工藝，例如微波或直接加熱，用以促進截留在基材里碳(例如被過濾下來的煙灰顆粒)的燃燒或暴露在基材表面的殘?zhí)嫉娜紵?。一般地說，按照本發(fā)明，制造纖維基紙質(zhì)基材的一個實施方式包括使含有有機結合劑的”生的”陶瓷纖維基紙質(zhì)基材硬化，這是通過用浸漬分散液或溶膠來浸漬生的基材至少一遍，然后對浸漬過的基材干燥，煅燒和燒成來實現(xiàn)的。干燥，煅燒和燒成步驟可采用一個加熱周期或多個加熱周期來進行。所得到的硬化纖維基紙質(zhì)基材如果需要的話，還可通過對已經(jīng)過一遍硬化基材重復上述步驟多遍來進一步強化以達到合乎需要的強度。生的陶瓷纖維紙基基材由陶瓷纖維紙形成。這種紙可用常規(guī)的造紙方法和設備來制造。在一典型方法中，在一溶液混合器或摻合器中制備陶瓷纖維和其它組分的水分散液或溶劑分散液。其它組分包括無機和/或有機結合劑以及可用的材料包括有機纖維，表面活性劑，粘土，消泡劑和其它顆粒物質(zhì)。因為纖維斷裂通常發(fā)生在混合時，所以希望避免過度的纖維斷裂，以獲得高抗撕裂強度的紙。在這方面，紙纖維的長寬比優(yōu)選為約50或大于50，更優(yōu)選為約100或大于100。纖維斷裂的程度，因而，纖維的平均長寬比可隨著混合的時間和能量，纖維的性質(zhì)(易碎性和強度)，混合的條件(葉片構造，尺寸，轉速)以及紙漿混合物的粘度而變化。確切的參數(shù)由實驗來確定，造紙業(yè)的技術人員都熟知該方法。在一個實驗操作中，紙漿用一摻合機，如韋林氏(Waring)摻合機(DynamicsCorporationofAmerica，NewHartford，Connecticut)進行剪切摻和30至90秒鐘，制取造紙前紙漿內(nèi)陶瓷纖維和有機纖維的均勻混合物。最好包含有機纖維和結合劑如膠乳結合劑，以便賦于紙張柔性和加工強度。凝結劑被加到紙漿中，使有機和/或無機結合劑凝結，并使有機和/或無機結合劑附著在陶瓷纖維和有機纖維上。凝結之后，立即將紙漿濕鋪在一細篩或毛氈上。水分或溶劑通過如加壓或抽真空被除去，留下一片纏結的含纖維和結合劑的材料。此加壓過的紙然后用如50至150℃的烘箱干燥，此聚合物增強的生陶瓷紙片被卷繞起來有待進一步加工。聚合物增強的生陶瓷紙片的重量，最好在約125克/米2至約175克/米2的范圍內(nèi)，厚度最好在約0,75毫米至1,1毫米的范圍內(nèi)。此紙的拉伸強度最好為約1500kPa或更高，燒成之后，空隙率一般大于70％且能高至約80％-95％的范圍，平均流動孔徑范圍為約10至15微米，用孔隙測定儀測量。本發(fā)明的陶瓷纖維最好由耐火材料制成，使得該纖維在短暫的時間內(nèi)加熱到1200℃后的性能基本保持不變。包含在紙漿中的陶瓷纖維的量為紙漿中固體的大約50％至約80％重量的范圍內(nèi)是合乎需要的，優(yōu)選地為大約70％至80％重量的范圍。陶瓷纖維的直徑范圍約為1微米至約25微米是合乎需要的。優(yōu)選的直徑范圍約為2微米至8微米。陶瓷纖維的長度可以不同，但一般來說，為了生產(chǎn)高抗撕裂強度的紙，纖維長度與直徑之比值最好大于100。不同長度，直徑和組分的陶瓷纖維可以有利地結合起來生產(chǎn)高強度，均勻的紙。合適的陶瓷纖維的形成，可以用耐火材料，包括例如金屬氧化物，金屬氮化物，金屬碳化物或它們的組合。合乎需要的是陶瓷纖維至少包含，優(yōu)選地是絕大部分或全部，由金屬氧化物形成的纖維，該金屬氧化物包括氧化鋁，氧化鋁-二氧化硅，氧化鋁-氧化硼-二氧化硅，二氧化硅，氧化鋯，氧化鋯-二氧化硅，氧化鈦，氧化鈦-二氧化硅，稀土氧化物以及它們地組合。至少一些或全部的包含在紙漿里的陶瓷纖維至少部分地涂覆有或者含有氧化催化劑材料也是合乎需要的。此外，纖維被制成紙之后，用這些催化劑材料至少部分地涂覆陶瓷纖維也是合乎需要的。紙里的陶瓷纖維也可包含催化劑材料。這樣的催化劑材料可包括例如，鈰土；鈰土-氧化鋯；第一過渡系氧化物；鈣鈦礦，如鈦酸鹽和稀土鈷或錳氧化物；以及其它已知的對柴油煙灰的氧化反應有活性的氧化催化劑。有機物，諸如有機纖維，最好包含在制造陶瓷紙的紙漿中。合適的有機纖維可包括例如丙烯酸類纖維，人造絲，纖維素，聚酯，尼龍，芳綸以及它們的組合。在一優(yōu)選的實施方式中，纖維素纖維和/或纖化合成有機纖維加在一起的總量占紙漿中固體的大約10％至約15％重量。纖維素纖維包括例如，北方針葉材長纖維或合成纖維素纖維。纖化有機纖維包括例如，纖化KevlarTM纖維(E。I。duPontdeNemoursandCompany，Wilmington，DE)和纖化聚烯烴纖維，如Fybrel(MitsuiChemicalsAmerica，Incorporeated，Purchase，NY)。纖維素纖維能形成氫鍵鍵合，加入這些纖維可提高生紙濕卷材在造紙機中形成時的強度。纖化纖維，其直徑最好與陶瓷纖維的直徑一樣，給紙增加了機械完整性。典型地，纖化纖維具有扭結的結構?？梢哉J為，纖化纖維這種扭結的結構使纖化纖維能與陶瓷纖維機械地纏結，因而顯著提高了紙的耐切割性和耐撕裂性。采用纖化纖維帶來了附加的機械完整性，相信這是由于能使紙折疊而又保持了纖維紙的完整性。此外，KelvarTM能耐高溫使得紙在高溫下能維持其完整性，所以能讓附加的無機結合劑固化。生的陶瓷紙可包含有機結合劑，給生紙帶來柔性和加工強度。有機結合劑可以是膠乳，熱塑性纖維或它們的組合，雖然，膠乳結合劑材料是優(yōu)選的。熱塑性膠乳結合劑優(yōu)選地被加入到陶瓷纖維漿中，其重量范圍為紙漿固體含量的約2％至約10％重量。合適的有機結合劑包那些由聚合物組成的結合劑，這些聚合物的玻璃化轉變溫度比通常的室溫高約20℃。有機結合劑給生的陶瓷纖維紙帶來一定程度的熱塑性。這樣的熱塑性對常規(guī)的生紙中皺褶和彎曲的形成(例如熱成形)又不斷裂是合乎需要的，它使成形了的物品的形狀在成形之后得以保持。熱塑性有機結合劑材料包括丙烯酸類，苯乙烯-丁二烯，丁二烯，聚氯乙烯，丙烯腈-丁二烯和聚醋酸乙烯酯。丙烯酸類結合劑材料是優(yōu)選的，因為它們能燒掉又不產(chǎn)生過多的有毒副產(chǎn)物。合適的膠乳材料可以從諸如B。F.GoodrichofCleveland，OH以商品名HYCAR買到。在被成形為生的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材之前，生紙可用諸如陶瓷前體，陶瓷顆粒(例如粉末，纖維斷片，薄片等)無機結合劑材料浸漬。無機結合劑材料可通過把紙浸在由無機結合劑材料構成的溶液(例如浸漬溶膠)中和/或用超聲浸漬把無機結合劑材料嵌入等方法被加到紙中去。當紙被浸在這樣的溶液中之后，就加以被干燥。當用溶液浸漬后再用超聲浸漬或者不用溶液浸漬就采用超聲浸漬時，該干燥步驟可部分地或全部地去掉。一旦無機結合劑材料存在于紙中后，可以認為超聲浸漬過的紙就像干燥過的，溶膠浸漬過的紙一樣能被進一步加工。也可以認為，可以把溶液浸漬和超聲浸漬兩者組合起來使用。在無機結合劑材料被施加遍及整個生紙之前和/或之后，由于某些如下邊討論的原因，還可以把附加的無機結合劑材料以一種圖案施加到生紙上去?；蛘?，也可以把無機結合劑材料以一種圖案施加到生紙上去，而不是把無機結合劑材料施加遍及整個生紙?？梢哉J為，不采用浸漬法或者除了采用浸漬法之外，諸如陶瓷前體，陶瓷顆粒(例如粉末，纖維斷片，薄片等)或二者一塊的無機結合劑材料可以包含在紙漿中，以提供給陶瓷紙附加的強度和/或改變紙的孔結構。一般來說，陶瓷前體是燒成后會形成高溫陶瓷的材料。合適的陶瓷前體包括例如，金屬羥基氧化物，低溶解度金屬鹽和堿金屬含量低的低溶解度金屬配合物。合適的陶瓷顆粒包括例如，金屬氧化物，金屬氮化物，金屬硼化物和金屬碳化物?？赡苁呛线m的陶瓷前體的代表性的例子，包括勃姆石(羥基氧化鋁)，水合粘土，三水合鋁，羥基氧化鐵，以及諸如草酸鈣，草酸鎂，草酸銅和稀土草酸鹽那樣的草酸鹽配合物。合適的陶瓷顆粒的代表性的例子，包括氧化鋁粉末，硅鋁酸鹽，碳化硅，氮化硅，二氧化硅，氮化鈦，硼化鈦，氮化硼，氧化鋯，鈰土，氧化鐵，氧化鎂，稀土氧化物和稀土鋁酸鹽，鋁酸鋇，鋁酸鈣，磷酸鋯和稀土磷酸鹽。這些添加劑中的某一些可用來給制成的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材帶來催化活性或微波感受性。例如，金屬碳化物(如碳化硅)可帶來微波感受性。此外，例如鈰土-二氧化鋯合金和氧化鐵可帶來催化活性。大量的這些添加劑會降低生的陶瓷纖維紙的拉伸強度和柔性，因此難以將生的陶瓷紙高速卷繞和打褶。此外，大量的這些添加劑會減小陶瓷紙的空隙率和/或平均孔徑，因此會降低硬化陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的過濾能力。一般來說，可以認為，這些陶瓷前體和陶瓷顆粒的加入量可高至紙漿中陶瓷固體重量的約30％，有可能高達約40％。加入化學試劑以引起有機結合劑的凝結和附著在紙漿中的纖維和顆粒上，可以是合乎需要的。當膠乳材料用作有機結合劑時，最好加入化學試劑以引起膠乳結合劑的凝結和膠乳結合劑附著在紙漿中的纖維和顆粒上。例如，當膠乳材料用作有機結合劑時，銨鋁礬可用作化學試劑。銨鋁礬降低了紙漿的pH并提供了聚陽離子金屬配合物使陰離子顆粒懸浮液體失穩(wěn)。其它有用的化學凝結劑包括聚陰離子配合物，陰離子和陽離子聚合物，以及其它已知會在溶液中形成多核陽離子的金屬鹽或配合物。生的陶瓷紙能用常規(guī)的方法成形為生的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材或其它有聚合物增強的生的陶瓷纖維三維坯體。這樣的方法可包括例如，打褶，起波紋皺，卷邊，層壓，堆集，以及它們的組合。以前的陶瓷纖維基過濾基材及其制造方法的例子可見美國專利3,112,184；3,899,555；4,608,361；4,652,286；4,718,926；5,194,078和5,322,537。在本發(fā)明的一個實施方式中，一張聚合物增強的生的陶瓷纖維紙被打褶形成一張有皺褶的紙，皺褶平行，均勻分布在生的陶瓷紙的寬度方向上。把這張有皺褶的紙與第二張同樣寬度的平的，經(jīng)聚合物增強的生的陶瓷纖維紙迭在一起制成有通道的紙質(zhì)層合材料，其中形成有大量的均勻隔開的管狀通道。管狀通道是通過把打過褶的紙的交替的皺褶與平的紙張交叉來形成。管狀通道沿著有通道的紙質(zhì)層合材料的寬度方向上延伸。管狀通道截面可以是三角形的，半圓形的或任何其它希望的形狀。優(yōu)選的管狀通道具有等邊三角形截面且有園角。相信這樣的形狀考慮到了有通道的紙質(zhì)層合材料中的結合最強，同時又使暴露出來的基材表面積(即管狀通道的內(nèi)表面積)最大。層合時，可在皺褶的頂或脊或者在兩張?zhí)沾杉埖钠渌佑|區(qū)域涂覆無機結合劑或者混合的無機/有機結合劑。來增加平紙板與有皺褶的紙張的結合強度。高粘度，高固體的陶瓷顆粒(例如粉末，纖維切片，薄片等)懸浮液可能是合適的，諸如氧化鋁，碳化硅或類似顆粒的懸浮液?？杉尤胫T如像膠乳，乙烯基或淀粉基結合劑那樣的有機膠結劑組分來增加陶瓷顆粒膠結劑的粘性和膠結性能。纖維基紙質(zhì)基材在干燥，煅燒和燒成之后，膠結劑里的無機組分留下來起到把層合的紙張結合在一起的作用。然后，帶有通道的紙質(zhì)層合物被成形為一個三維的制品，以便提供纖維基紙質(zhì)基材，或者其它的聚合物增強的生的陶瓷纖維坯體。帶有通道的紙質(zhì)層合物可以一層層疊起來或堆積起來，產(chǎn)生一種層合物里有管狀通道平行伸展的結構。在形成帶有通道的紙質(zhì)層合物時，可在每個帶有通道的紙質(zhì)層合物的通道的頂或脊或者在兩個相鄰的層合物的其它接觸區(qū)域涂覆無機結合劑或者混合的無機/有機結合劑，以增加層合物之間的結合強度。這樣的構造的總體形狀可以是任意所希望的三維形狀(例如立方體，梯形體，園柱體等)。同樣，這樣的構造的截面可以是任意所希望的形狀(例如正方形，矩形，橢園形，梯形，園形等)?？梢赃x擇用來裝配纖維基紙質(zhì)基材的紙層合物和紙板的形狀和取向來實現(xiàn)想要的形狀。試看圖1和3，本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)壁流型(即過濾器)或直通型基材10的一種優(yōu)選構造，是帶有通道的紙質(zhì)層合物12自己卷起來或者卷繞在一根心軸上形成園柱體的形狀，它帶幾分或基本上是園形的或橢球形的剖面，其長度方向或軸向一般與橫截面垂直。最后的生的陶瓷纖維坯體10最好是一個繞成螺旋形的部件，它有交替的平紙板14和有皺褶的紙板16。這樣的園形的或橢球形截面的園柱體10，與多少帶角的形狀(如立方體等)相比，比較容易制造與安裝在常規(guī)的金屬外殼式套筒17中(使用合適的裝配材料或墊子18)。盡管如此，本發(fā)明并不打算僅限于此，還可以包括較為角形的基材坯體。采用基材10制成的過濾器19，可以連接到諸如內(nèi)燃機(例如汽車發(fā)動機，發(fā)電機等)，發(fā)電廠，焚燒爐等燃燒裝置的排氣系統(tǒng)里。在卷繞生的帶有通道的紙質(zhì)層合物12時，接觸生紙表面可能會在層合物12相鄰的卷繞層之間發(fā)生某種程度的結合。優(yōu)選的是，把無機或混合的有機/無機結合劑涂覆在層合物12平的一面，涂覆在有皺褶的一面，或者涂覆在這兩面，以強化結合作用，或者在卷繞過程中和卷繞之后在層合物12相鄰的卷繞層之間形成結合。任何用于制造纖維基紙質(zhì)基材10或其它聚合物增強的生的陶瓷纖維坯體的結合劑，最好都有無機組分，它在煅燒，燒成除去有機組分后繼續(xù)起到陶瓷纖維紙相鄰表面之間膠結劑的作用。此無機組份優(yōu)選是膠體氧化鋁或其它耐火陶瓷材料的高粘度，高固體的懸浮液。膠結劑也可包含有機膠結劑組分，諸如膠乳，乙烯類聚合物或淀粉聚合物。使用有機膠結劑組分的優(yōu)點在于能增加帶有通道的紙質(zhì)層合物12和陶瓷纖維坯體10的最終結構中陶瓷纖維紙相鄰表面之間的表面粘性和結合。試看圖2和3，在一個按照本發(fā)明的壁流型纖維基紙質(zhì)基材10的實施方式中，在壁流型基材10中相鄰管狀通道26的交替的末端24，其每個都被塞子27封閉，迫使排放氣體在例如過濾操作時流過紙壁。因此，每個通道26都有一個開口端和一個封閉端24。這些通道26的封閉端24可以在帶有通道的紙質(zhì)層合物12卷繞形成生的基材之前或過程中，很容易地加以堵塞。堵塞可以這樣來實現(xiàn)，即把塞子前體材料沿著生的層合物12的一條邊擠出或其他方式施加到通道26中去，并沿著生的層合物12對面的一條邊涂覆或其他方式施加塞子前體材料，以填塞與生的層合物12對面的一條邊相鄰區(qū)域的開口皺褶。所施加的塞子前體材料的深度或寬度(即塞子的深度)必須足夠深，使得到的塞子27能承受排放氣體流過最終基材10的紙壁時所產(chǎn)生的背壓。塞子27可接收的最小深度會有所不同，它取決于這樣一些因素，諸如所選塞子材料的強度和具體應用時積累起來的背壓大小。一般來說，塞子27的深度約為0.5厘米或再深一點而小于3厘米是合乎需要的。合適的塞子前體材料可包含一種陶瓷材料和一種有機聚合物。在一優(yōu)選的實施方式中，塞子前體組合物可包含一種陶瓷材料，一種陶瓷前體材料和一種有機聚合物。有機聚合物幫助塞子前體材料與生的陶瓷紙的結著并能增加生塞子的強度，使得生塞子可與生的纖維基紙質(zhì)基材一起加工處理。適用的有機聚合物可包括有機膠乳材料，有機聚合物溶液，固體有機顆粒，有機纖維和可聚合的有機分子，或它們的組合。陶瓷材料和陶瓷前體材料可以是任何合適的形態(tài)，包括例如顆粒(如粉末，纖維切片，薄片等)，鹽，鹽溶液，膠體和它們的組合。合適的陶瓷材料可包括金屬氧化物，金屬碳化物，金屬氮化物，金屬磷酸鹽和金屬氧氮化物。合適的陶瓷前體材料可包括金屬氫氧化物，金屬羥基氧化物，金屬鹽，金屬配合物，金屬鹽溶液和金屬配合物溶液。對柴油機煙灰的氧化反應有催化活性的氧化物材料，諸如氧化鈰以及包含過渡金屬的陶瓷材料，也可包含在塞子組合物中。陶瓷纖維可包含在塞子的材料中，能給塞子提供增強的作用。塞子的材料最好選擇得它在熱加工過程(如燒成)中表現(xiàn)出來的收縮，與用無機結合劑材料浸漬的陶瓷纖維紙在熱加工過程中陶瓷纖維紙的收縮相匹配或接近。這樣，在這樣的加工過程和最終使用時，塞子材料就能保持與相鄰的陶瓷纖維紙壁很緊的氣密。一般地，希望塞子前體材料有高陶瓷含量，比如說，塞子前體材料中的總陶瓷固體含量高于約20％重量。也希望塞子前體材料施涂時粘度足夠低，能容易地把生的塞子前體材料施涂(例如擠出和涂布)到生的帶有通道的紙質(zhì)層合物上，但粘度又要足夠高，以避免塞子材料被施涂到層合物上之后過度的滴下或下垂。表現(xiàn)出剪切稀化的粘度行為的塞子前體材料是合乎需要的。例如，把觸變分散液包含到塞子前體材料中，可獲得這樣的剪切稀化的粘度行為。在液體涂料工藝中，還能找到其它能獲得這類行為的技術。也希望無機結合劑材料以圖案42的形態(tài)被使用，這樣就能對生的增添了陶瓷顆粒的紙44有增強作用。該無機結合劑材料可包括任何這里所披露的適合于浸漬紙的陶瓷材料，如果認為合乎需要的話，還可包括滲透劑。圖案最好是連續(xù)的，或者至少是半連續(xù)的。增強圖案42可形成在紙44的整個表面區(qū)域上，在一個或多個選擇的區(qū)域或二者兼有之(即在一個或多個選擇的區(qū)域上形成較高濃度的圖案)。這樣選擇的區(qū)域可包括，例如打褶的紙接觸到平板紙的全部或部分區(qū)域。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的一些片段會套迭并在長度方向上從基材的剩余部分伸出去(即推出)，如果基材紙層之間的結合太弱而承受不住例如發(fā)動機排氣所施加的壓力的話。因此，增強圖案42可以只施加在像那些容易套迭或推出的紙層之間區(qū)域。增強圖案42可以是(i)正方形，矩形，菱形(見圖11a)或園形開口(見圖11b)的交叉陰影線，(ii)彼此留有一定間距的水平線，垂直線或對角線(見圖11c)，或(iii)任何其它希望的圖案。圖11c的線條最好在例如相鄰的端點連在一起形成一根連續(xù)的線。當紙要用于過濾，據(jù)信采用這樣的圖案可導致紙的強度和耐用性更高，同時又在交叉陰影線內(nèi)部區(qū)域保持了足夠的具有高空隙率的紙面積用于過濾。對于過濾或非過濾的用途，據(jù)信采用這樣的圖案還能使要制得有足夠強度和耐用性的紙所需的無機結合劑量減少到最低水平。該圖案可采用任何合適的工藝施加上去?？衫孟窠z網(wǎng)印刷，平板印刷或苯胺印刷的印刷工藝或者照相凹版涂覆方法。施加上去之后，圖案最好被干燥并被加熱到足以使無機結合劑材料固化的溫度，但這溫度又要不會造成生的紙中的有機結合劑部分或基本上發(fā)生分解。圖案可以在施加到紙上之后和卷繞成卷之前，在流水線上加以干燥。施加了圖案的生的紙在圖案被干燥和加熱后會變得發(fā)硬。因此，有必要在干燥和加熱紙使無機結合劑材料固化之前先將其打褶并把施加了圖案的生的紙卷繞成基材。當采用橫向穿過生的紙的平行線圖案時(即與皺褶平行即與紙板的長度方向垂直)，據(jù)信可以把施加了圖案的生的紙板打褶和卷繞成基材之前，對其干燥和加熱使無機結合劑材料固化。當把有圖案的生紙的打了褶的板和平板結合在一起時，由于這些紙板的增強圖案的重疊，紙板之間形成了某些百分比的表面區(qū)域的結合。據(jù)信種重疊增強圖案之間的結合，或者甚至有圖案的與無圖案的區(qū)域之間的結合，會比紙板的重疊的無圖案的區(qū)域之間的結合強度更大，這是因為有圖案的區(qū)域中的纖維更緊縮密地合并在一起或粘合在一起。制成一個圖案，它包含或由例如，吸收微波的材料(如碳化硅和像鋇鐵氧體，含稀土的磁性材料和磁鐵礦)組成，和/或包含或由例如，導電材料(如碳化硅，純的或合金金屬材料)組成也是合乎需要的，得到的圖案作為基材中的加熱或再生元件是很實用的。生的纖維基紙質(zhì)基材最好借助于本發(fā)明的浸漬分散液用包含陶瓷組分的無機結合劑材料浸漬。沒有這樣的無機結合劑材料時，生的纖維基紙質(zhì)基材經(jīng)煅燒和燒成會產(chǎn)生較脆弱的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材，不能用于排氣系統(tǒng)。此外，往造紙紙漿中加入一種或多種無機結合劑材料，諸如膠體粘土，膠體納米粘土，勃姆石，膠體氧化鋯和膠體二氧化硅，可提高基材的強度。但是，光采用這個方法是有些限制的。一般來說，只有在往生的陶瓷纖維紙中加入大量的無機結合劑之后，才能采用該技術來獲得高強度。對于壁流型纖維基紙質(zhì)基材來說，這么大量的無機結合劑材料會不可接受地降低基材壁的通透性(即不可接受地增加了壁流型基材的背壓)，同時降低了制成的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的均勻性。先前工藝的不足之處(例如強度低，機械，化學和熱耐久性都低)可以通過本發(fā)明的硬化過程加以克服。本發(fā)明的一個硬化過程涉及用含有陶瓷組分和最好至少一種滲透劑的主分散液來浸漬生的纖維基紙質(zhì)基材。當含有大量有機結合劑材料的生的纖維基紙質(zhì)基材要被浸漬時，滲透劑看來是必要的。主分散液里的陶瓷組分是一種陶瓷前體材料，一種陶瓷材料或它們的混合物。滲透劑包含有機分子或聚合物，足以降低浸漬分散液和生的纖維基紙質(zhì)基材表面(即至少是由纖維和有機結合劑形成的表面)之間的界面能，這使浸漬分散液潤濕并被吸收到形成生基材的紙上，而又不會讓浸漬分散液里的陶瓷組分產(chǎn)生顯著的絮凝或顆粒分離(如相分離)，即陶瓷組分在所吸收的浸漬分散液中有顯著的均勻性。例如，當滲透劑是一種陰離子表面活性劑時，據(jù)信此滲透劑至少被吸附在有機結合劑上，使有機結合劑表面變成陰離子型的，由此降低了與浸漬分散液之間的界面能。在按照本發(fā)明的一個硬化過程中，讓生的纖維基紙質(zhì)基材與主溶膠接觸，最好把基材浸沒在數(shù)量足以浸泡整個基材的主分散液中。也可以用噴灑，灌注或別的方法使主分散液與生的基材接觸，讓主分散液吸收到生的基材里去。在這個浸漬步驟中，主分散液滲透到生的纖維基紙質(zhì)基材的孔隙里邊去，把它的陶瓷組分帶到基材的經(jīng)聚合物增強的生的陶瓷纖維坯體中去。然后，所得到的經(jīng)分散液浸漬過的生的基材加以干燥，煅燒和燒成，制成初步硬化基材。干燥，煅燒和燒成后，絕大部分或幾乎所有浸漬上去的陶瓷組分(即高達約90％或更高)留在孔隙中，與陶瓷纖維化學地結合在一起，給初步硬化基材帶來強度。浸漬，干燥，煅燒和燒成這幾個步驟被稱之為硬化過程。為了把更多的陶瓷組分材料逐次地沉積到纖維基紙質(zhì)基材中去，硬化過程可重復進行。用這樣的方法，纖維基紙質(zhì)基材就能被增強到特定基材用途(例如柴油機排氣系統(tǒng)的排氣過濾器或催化轉化器)或別的所希望的用途所需要的程度。雖然可以采用含玻璃和/或無機結合劑大顆粒的分散液來使本發(fā)明的陶瓷基紙質(zhì)基材獲得所需的硬化程度，但本發(fā)明能夠，而且最好是不采用玻璃或無機結合劑大顆粒來實現(xiàn)所需的硬化程度。每一遍硬化過程造成陶瓷纖維之間以及陶瓷纖維紙各層之間的結合，產(chǎn)生了更硬的更耐久的纖維基紙質(zhì)基材。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在初次硬化過程后所用的第二浸漬分散液中可不必使用滲透劑。初次燒成后，生的基材里的有機結合劑被燒掉，使得第二分散液浸漬基材變得容易些。一般來說，隨著硬化過程的重復進行，纖維基紙質(zhì)基材變得更硬和孔隙更少。通過限制基材經(jīng)受硬化過程的次數(shù)，可以使纖維基紙質(zhì)基材達到較高的強度和耐久性而又保留較高程度的孔隙率。從某一方面來說，更多的經(jīng)受硬化過程不會有顯著有利的作用，比方說，當基材的百分孔隙率已經(jīng)降低到浸漬分散液不再能滲透到基材的紙壁中去。對于直通型基質(zhì)而言，基材希望有低的或沒有百分孔隙率。因此，根據(jù)是否需要分散液具有額外的滲透性能，硬化過程進行過第一次之后所用的浸漬分散液可以包含或不包含滲透劑。纖維基紙質(zhì)基材利用分散液去浸漬，最好是均勻地浸漬整個的纖維基紙質(zhì)基材。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在分散液浸漬纖維基紙質(zhì)基材的過程中能發(fā)生浸漬分散液組分的物理分離?？梢酝ㄟ^把纖維基紙質(zhì)基材的表面暴露(即接觸，例如通過浸漬，噴灑等)給浸漬分散液的速率至少與浸漬分散液芯吸穿過基材的速率一樣快，來避免這種物理分離或至少使這種物理分離減少到最小。不論基材表面以前處理過還是未經(jīng)處理過這都是確實的。為了力求避免這種物理分離或至少使這種物理分離減少到最小，令基材表面暴露給浸漬分散液的速率要高于浸漬分散液芯吸穿過基材坯體的速率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，纖維基紙質(zhì)基材浸沒到浸漬分散液中去的速率希望高于每秒鐘0.25厘米的浸沒深度，同時不讓空氣吸進去。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，至少以這樣的速率，暴露即接觸速率可典型地保持與芯吸速率一樣快或比芯吸速率更快。也已發(fā)現(xiàn)，在浸漬分散劑中采用滲透劑能促進纖維基紙質(zhì)基材的均勻浸漬。此外，浸漬最好進行得使浸漬分散液流經(jīng)管狀通道進入纖維基紙質(zhì)基材的速率最大而不讓空氣吸進去?？紤]到這一點，最好把帶堵塞端的壁流型基材浸沒得使管狀通道取與浸漬分散液表面平行的方向。由于直通型基材沒有堵塞端，所以較好把直通型基材浸沒得使管狀通道取與浸漬分散液表面或者垂直或者平行的方向。浸漬過程可在常壓下進行或者通過抽真空降低壓力來加速浸漬分散液的滲透，同時從纖維基紙質(zhì)基材中除去所有吸入的空氣?？捎玫某檎婵湛梢栽诨恼诒唤]或用別的方法與浸漬分散液接觸時進行，或者在此之后進行。令纖維基紙質(zhì)基材在分散液浸漬過程中或在分散液浸漬后暴露于減低的壓力下能提供更均勻和更迅速的浸漬。滲透劑宜選自能提高浸漬分散液對含有機結合劑的生的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材體的潤濕的有機分子。滲透劑通過降低浸漬分散液的表面張力以及降低浸漬分散液與基材體之間界面的表面能來促進含有機結合劑的纖維基紙質(zhì)基材體的潤濕。滲透劑在浸漬分散液中必須有足夠的溶解度，這樣在浸漬時就以能作為有效的滲透劑的量而存在。滲透劑與陶瓷組分必須在浸漬分散液中相容(即不得產(chǎn)生顯著的絮凝或顆粒分離)。實用的滲透劑例子包括醇類，有機胺和水溶性聚合物和大分子。能在水性浸漬分散液中用作滲透劑的醇類的代表性的例子，包括諸如異丙醇，乙醇，叔丁醇，丁醇，丙醇，仲丁醇的醇類和其它在水中至少有中等程度溶解度的醇類。適用的有機胺類包括有機季胺的硝酸鹽和鹵化鹽，該有機季胺連接著至少一個有機部分，所述的部分包含多于兩個碳原子長的碳鏈。水溶性聚合物和大分子，諸如那些具有羥基，羧基，環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷鍵合，酰胺基官能度，sulfanato基，磷酸脂基，氨合物官能度或水溶性的環(huán)基如吡咯類也都可用作滲透劑。滲透劑的濃度取決于浸漬分散液的本性以及所選的滲透劑。如果采用諸如那些有傾向吸附在有機結合劑表面上來誘導潤濕的表面活性滲透劑，則濃度可以會非常低，如低于浸漬溶膠的約1％重量。如果采用諸如那些增加浸漬溶膠親油性的醇類，通常滲透劑的濃度必須較高，比如高達分散液的約10％重量或更高。與水溶膠一起用的一種特別有用的滲透劑是異丙醇。在初始浸漬分散液中的陶瓷組分的形態(tài)可以是溶解的形式，可溶的或不可溶的鹽，顆粒(如粉末，薄片)的分散液，或者這些物質(zhì)的組合。適用的溶解形式的例子包括金屬鹽溶液，諸如硅酸鹽，過渡金屬鹽，稀土金屬鹽和鋁鹽的溶液；堿金屬鹽溶液，諸如堿式鋁鹽溶液和堿式鋯鹽溶液；以及金屬配合物的溶液，諸如羧酸鹽，磷酸鹽，醇鹽，醇化物，胺配合物和氫氧化物。希望用于本發(fā)明浸漬分散液的顆粒是細顆粒，平均粒徑小于4微米，最好小于2微米。雖然分散液中的一部分顆粒直徑可以較大，比如約10％重量的顆粒直徑大于約10微米，希望至少約80％重量的顆粒直徑小于約10微米，至少約95％重量的顆粒直徑小于20微米。細顆粒直徑的浸漬分散液是優(yōu)選的，因為在含有機結合劑的陶瓷纖維紙中孔隙尺寸非常小。浸漬分散液中特別實用的陶瓷組分包括陶瓷材料和陶瓷前體的膠體分散液，諸如金屬碳化物(如碳化硅)，金屬氧化物，羥基氧化物和氫氧化物的膠體分散液?？捎玫难趸铮瑲溲趸锖土u基氧化物包括膠體納米粘土，勃姆石，膠體氧化鋯和膠體二氧化硅。如下面所述，某些膠體納米粘土和細顆粒碳化硅的膠體分散液在本發(fā)明的浸漬分散液中的作用特別出色。令人驚訝的是，納米粘土材料可通過本硬化過程提供強度，而同時又在最終的纖維基紙質(zhì)基材中保持很大的孔隙率。納米粘土材料是典型的片狀材料(即小片狀或薄片狀)，典型地被用來制造無孔的涂層。美國礦務局(TheU.S.BureauofMines)將粘土分成6類高嶺土，球土，火泥，膨潤土，漂白土以及普通粘土和頁巖石(Kirk-OthmerEncyclopediaofChemicalTechnology，4thedition。Volume6，JohnWileyandSons，NewYork，NY，Page405)。在納米粘土中優(yōu)選膨潤土，尤其是那些蒙脫石含量高的。除了細顆粒粒徑很細和有水分散能力外，蒙脫土有陽離子交換的能力，所以降低了蒙脫土中像鉀和鈉的陽離子的含量。像鉀和鈉的陽離子對制得的陶瓷材料的熱穩(wěn)定性有負面影響，因為這些陽離子會反應形成玻璃物質(zhì)。這些陶瓷組分的陽離子交換能力也可用來引進陽離子，它們在煅燒和燒成時形成催化的氧化物形式。可用來形成催化部位的陽離子包括稀土金屬，貴金屬，鐵，鎳，錳，鈷，銅，鉻，鋇，釩，鈦以及它們的組合。因此，納米粘土可以被有利地改性，以產(chǎn)生催化功能以及結合和增強的作用。當蒙脫石轉化為化學穩(wěn)定的β-方英石時，它表現(xiàn)出材料的性質(zhì)對耐久的基材紙的形成有貢獻。蒙脫石既與紙里的氧化鋁纖維又與浸漬在紙里的碳化硅顆粒很好地結合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蒙脫石在約900℃或900℃以上熱解(如燒成)時能直接形成化學穩(wěn)定的β-方英石。蒙脫石在轉變成β-方英石結構之前，至少已開始與纖維和顆粒結合。這些結合至少在轉變成β-方英石結構時被保留著。化學穩(wěn)定的β-方英石在材料特性方面也有另外的優(yōu)點(例如熱膨脹系數(shù)低和抗熱沖擊性高)。熱膨脹系數(shù)低加上高溫穩(wěn)定性使化學穩(wěn)定的β-方英石成為用于高至1450℃的最好的耐火材料之一。鈣蒙脫石是這樣的一種可形成β-方英石的蒙脫石?；瘜W穩(wěn)定的β-方英石基本上有與β-方英石相同的晶體結構，它是SiO2(即二氧化硅)的一種高溫多晶型物。燒成過程中，鈣蒙脫石脫水后形成化學穩(wěn)定的β-方英石。雖然化學穩(wěn)定的β-方英石具有β-方英石的晶體結構，但是化學穩(wěn)定的β-方英石的化學組成不是純二氧化硅。通常純的β-方英石在約275℃以下是不穩(wěn)定的?；瘜W穩(wěn)定的β-方英石用于本發(fā)明時在室溫下是穩(wěn)定的原因，是存在于粘土中的其它離子(例如鈣，鋁，鈉以及有可能鐵)繼續(xù)存在于β-方英石的晶格結構中，因而在低溫下穩(wěn)定了β-方英石的晶體結構。β-方英石是二氧化硅的一種高溫低壓多晶型物，其中的二氧化硅四面體排列成似菱形的晶格，棱角共享。β-方英石是立方對稱的，而α-方英石是四方形的。若是純二氧化硅，其完全擴張的高溫α結構經(jīng)歷了可逆的置換，冷卻至約265℃時轉變成收縮的α結構。這是通過體積縮小約3.2％來實現(xiàn)的。在化學穩(wěn)定的或摻雜的方英石中，β反轉成α的溫度是可變的，它取決于摻雜的程度和摻雜陽離子的本性。為了使β-方英石在降至室溫時穩(wěn)定，必須用足夠量的填充陽離子作化學的摻雜(即使化學穩(wěn)定)。這些陽離子最好均勻地分散在晶體結構中。尤其是在氧化鈣-氧化鋁-二氧化硅的體系中，當鈣與鋁的摩爾比為1時可形成化學穩(wěn)定的β-方英石，鋁占據(jù)了硅四面體的位置，鈣離子占據(jù)了所有間隙的非框架位置。推測外來離子雜質(zhì)存在于間隙中阻礙了在β，α-方英石轉變過程中本來會發(fā)生的結構收縮。因此，化學穩(wěn)定的β-方英石在室溫下穩(wěn)定的理由，是因為有足夠量的非硅陽離子取代并填充到晶格結構中的緣故。通過獨立的分析已經(jīng)確認，在通過鈣蒙脫石燒成時所形成的化學穩(wěn)定的β-方英石中，如這里所述，鋁(由27Al核磁共振光譜)基本上全部是四面體形式。這只有當鋁在晶體結構中取代了四面體位置上的硅時才能發(fā)生。這樣的Al3+取代Si4+結果造成需要另外的陽離子來達到晶體結構的電中性。來自鈣蒙脫石的鈣和鈉離子提供了為達到電中性所需的額外的電荷。雖然本發(fā)明的化學穩(wěn)定的β-方英石的X射線衍射圖譜基本上與純β-方英石的完全相同，但其組成不是純二氧化硅?；瘜W穩(wěn)定的β-方英石在化學上也與β-方英石形式的純二氧化硅截然不同。純二氧化硅是酸性氧化物?；瘜W穩(wěn)定的β-方英石在化學上接近長石礦物，起堿性氧化物的作用。鈣蒙脫石中有鈣，鈉，氧化鋁和二氧化硅，和化學穩(wěn)定的β-方英石中需要的一樣。所以，當鈣蒙脫石燒成分解時，自然地就形成了化學穩(wěn)定的β-方英石。這是一個遠比以前已知的方法簡單又便宜的生產(chǎn)化學穩(wěn)定的β-方英石的方法?；瘜W穩(wěn)定的β-方英石(CSC)的合成已通過Pechini法(見Sang-JinLeeKoreanJ.Ceramics，3[2]116(1997)；S.J.LeeandC.H.Lee，Mater.Lett.，45，175(2000))，通過二氧化硅與需要的陽離子共沉淀(見M.A.Saltzberg，S.L.Bors，H.BergnaandS.C.Winchester，J.Am.Ceram.Soc.，75[1]89(1992)；A.J.Perrotta，D.K.Grubbs，E.S.Martin，N.R.Dando，H.A.McKinstry，andC.Y.Huang，J.Am.Ceram.Soc.，72[3]441(1989))，通過對溶膠-凝膠混合物進行噴霧干燥(見E.S.Thomas，J.G.Thompson，R.L.Withers，M.Sterns，Y.Xiao，andR.J.Kirkpatrick，J.AmCeram.Soc.，77[1]49(1994))，通過離子交換沸石的初期濕法技術(見M。D.Alcala，andJ.M.Criado，J.Am。Ceram.Soc.，79[6]1681(1996))，和熱處理(見A.J.Perrotta，D.K.Grubbs，E.S.Martin，N.R.Dando，H.A.McKinstry，andC.Y.Huang，J。Am。Ceram。Soc.，72[3]441(1989))來進行。合成β-方英石的專利方法包括在玻璃熔體中沉淀β-方英石的晶體(見J.F.MacDowell，”α和β-方英石玻璃-陶瓷物件和方法”，U.S.PatentNo.3,445,252，issuedMay20，1969；C.T.Li.“玻璃，熱穩(wěn)定性高的β-方英石玻璃-陶瓷及方法”，U.S.PatentNo.4,073,655，issuedFebruary14，1978)以及溶膠-凝膠法(見A.J.Perrotta，D.K.Grubbs，andE.S.Martin，“制備穩(wěn)定化的高方英石的過程”U.S.PatentNo.4,818,729，issuedApril4，1989)。這些制備方法的問題是成本高且難以合成的化學穩(wěn)定β-方英石。令人驚訝的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過對諸如對一種鈣蒙脫土那樣的蒙脫土進行熱處理就能合成基本上或至少基本上純相的化學穩(wěn)定β-方英石。鈣蒙脫土比較便宜，容易得到。又，鈣蒙脫土可加入到溶膠-凝膠組合物或者混合的分散液中，在燒成時形成化學穩(wěn)定的β-方英石。以這種方式，化學穩(wěn)定的β-方英石的低熱膨脹系數(shù)可被用來賦于陶瓷體更高的熱穩(wěn)定性和抗熱沖擊的能力。如果需要的話，蒙脫土粘土可與玻璃前體材料結合在一起形成韌性的熱沖擊穩(wěn)定的化學穩(wěn)定的β-方英石。還進一步發(fā)現(xiàn)了鈣蒙脫石可以用別的陽離子，諸如Cu2+，Co2+，Ni2+u，F(xiàn)e2+，Sr2+，K1+，和NH41+等進行離子交換，燒成后得到各種各樣不同組成的CSC。已經(jīng)證明，通過加熱可轉化成化學穩(wěn)定的β-方英石的典型的蒙脫石是一種鈣蒙脫石，已經(jīng)報道了它具有列于下表的如StandardBentoliteSSP(標準膠質(zhì)陶土SSP)的一般組成。表中還列出該產(chǎn)品的一種低鈉形式的組成。這說明了鈣蒙脫石可離子交換的性質(zhì)，它也指出了在該過程中被交換的離子。*BentoliteSSP是一種由SouthernClayProducts，Incorporated，Gonzales，Texas生產(chǎn)并配送的產(chǎn)品。蒙脫土被分類為雙八面體綠土，是層狀化合物，每一層的外表面由MO4四面體構成，相鄰四面體通過共享的氧連接形成四面體的六角形構造。一般說來，占主要地位的是Si4+，但可發(fā)生Al3+或Fe3+取代Si4+。每層的兩個表面夾著一由八面體地配位的金屬離子組成的內(nèi)層，其中來自每外表面四面體的氧與八面體層中的金屬鍵合。每個表面四面體上的四個氧中的三個氧與相鄰的金屬離子共享，第四個四面體氧與八面體層中的金屬離子共享。當M3+陽離子取代了四面體層中的Si4+陽離子或當M2+陽離子取代了八面體層中的M3+陽離子時，層上產(chǎn)生了陰離子電荷。該電荷被層間的陽離子，如Na+，Al3+，K+，Mg2+和H+補償。因此，BentoliteSSP蒙脫石可能的組成是[(Al2.03Mg0.50Ca0.2Fe0.05Ti0.05K0.02)Si8.0O20(OH)4](Na0.3Ca0.06Mg0.07)。對純BentoliteSSP的熱解產(chǎn)物進行了研究，以便更仔細地考察所形成的β-方英石的本性。微量分析表明，BentoliteSSP在燒成之后的組成約為16.5％Al2O3，1.9％CaO，1.15％Fe2O3，2.7％Na2O，和74.0％SiO2。因為X-射線衍射表明該材料基本上是單相的，所以該材料是一種摻雜程度很高的β-方英石。從化學角度看，該材料的組成與某些長石非常相似，但總鉀+鈉含量較低而氧化鈣含量較高(例如偉晶巖長石的組成是74.34％SiO2，14.45％Al2O3，2.0％Na2O和8.6％K2O)。雖然這些材料的摻雜程度很高，但在文獻里仍被稱為β-方英石(例如見E，S，Thomas，J.G.Thompson，R.L.Withers，M。Sterns，Y，ZiaoandR.J.Kirkpatrick，J.Am.Ceram，Soc.，77[1]49-56(1994)；A.Perrotta，D.Grubbs，E.Martin，N。Dando，H。McKinstry，andC。Huang，J.Am.Ceram.Soc.72[3]441-47(1989)；M.D.Alcala，C.Real，andJ.Criado，J.Am.Ceram.Soc.，79[6]1681-84(1996)；C.Li，“Glasses，ThermallyStableHigh(beta)CristobalioteGlass-CeramicsandMethod”，U.S.Patent4,073,655，4/4/1997；A.Perrotta，D.Grubbs，andE。Martin，“ProcessforPreparingStabilizedHighCristobalite”，U.S.Patent4,818,729，10/13/1987)。此外，在所有情況下，BentoliteSSP本身或者和過濾成分一起燒成都會產(chǎn)生化學穩(wěn)定的β-方英石作為主要產(chǎn)物。因此，浸漬溶液可以稍加改變(例如陶瓷結合劑材料中的碳化硅與納米粘土或其它的陶瓷組分如氧化鋁的比率可以提高)而不會影響β-方英石是否會形成。諸如蒙脫土那樣的納米粘土，在有適合的滲透劑存在時，能在浸漬過程中容易地滲透進入含有機結合劑的生的陶瓷纖維紙。特別適合于蒙脫土的滲透劑包括陰離子滲透劑。浸漬分散液中一個個納米粘土顆粒很小(主尺寸小于約2微米)，所以不會阻塞含有機結合劑的生紙的孔隙。重要的是，在加工開始時，納米粘土吸附在生紙中的陶瓷纖維上。據(jù)信，絕大部分的這種吸附發(fā)生在浸漬階段，但是也可能發(fā)生在干燥和煅燒階段中，或者上述兩個階段中都會發(fā)生。浸漬了納米粘土的生的陶瓷纖維紙燒成時，導致納米粘土與陶瓷纖維的化學結合。納米粘土以這種方式使陶瓷纖維網(wǎng)絡硬化。此外，納米粘土具有帶正電荷和帶負電荷的表面。該現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于納米粘土具有層狀結構和片晶形態(tài)。納米粘土片晶的棱在結晶學和元素性質(zhì)方面與納米粘土片晶的晶面截然不同。所以，在大多數(shù)情況下，在酸性到稍微堿性的pH的條件下，納米粘土片晶的棱的特征在于帶陽離子電荷，而晶面帶陰離子電荷。由于晶面占據(jù)了絕大部分的表面積，所以納米粘土在絕大多數(shù)pH范圍內(nèi)總的來說是帶負電的。因此，盡管不擬受理論解釋的約束，但還是可以認為，一般來說在pH約2.5至約8.5的范圍內(nèi)納米粘土的負電性促進了納米粘土吸附在陶瓷纖維上，在此pH范圍內(nèi)，陶瓷纖維是帶陽離子電荷，而納米粘土是帶陰離子電荷。該pH范圍根據(jù)納米粘土的性質(zhì)可以改變，即取決于組成和可交換的陽離子的含量和種類性。但是，在此pH范圍內(nèi)，納米粘土的棱仍保持帶陽離子電荷。在pH約為2以上，本發(fā)明特別實用的浸漬分散液中的陶瓷組分顆粒(即碳化硅顆粒)有帶負電荷的表面。因而，納米粘土棱上的陽離子位置與陶瓷組分顆粒上的陰離子位置相互作用，結果在纖維基紙質(zhì)基材結構中陶瓷組分顆粒，陶瓷纖維與納米粘土結合在一起。納米粘土的陰離子本性也使諸如水合氧化鋁，氧化鋯之類(例如以顆粒形態(tài))的陽離子補強添加劑發(fā)生結合，這是因為納米粘土與陶瓷纖維和這些補強添加劑都發(fā)生結合的緣故。然而，一般來說，若大量使用像氧化鋁和氧化鋯那樣的細顆粒(即足以使納米粘土的陰離子本性失效)，則納米粘土與陶瓷纖維的相互作用可被阻止，給纖維基紙質(zhì)基材的強度帶來有害的影響。因此，據(jù)信浸漬分散液的陶瓷組分可有利地包含陽離子或補強添加劑(例如以顆粒形態(tài))至某種程度，即加入的陽離子顆粒的外表面積可高達配方中納米粘土顆?？捎玫耐獗砻娣e的大約90％。換言之，相信高達約90％的納米粘土的外表面積可被陽離子顆粒束縛而仍然與陶瓷纖維保持足夠的結合。引進諸如氧化鋁和氧化鋯的顆粒到本發(fā)明中來很方便的一個辦法是處理氧化物顆粒，把它們的表面電荷從陽離子的轉化成陰離子的。用這種辦法，納米粘土可自由地與陶瓷纖維以及纖維基紙質(zhì)基材中氧化物顆粒發(fā)生作用(即化學鍵合，靜電吸引或兩者兼有之)。把陽離子的顆粒轉化成陰離子的顆粒通常的方法，包括以下的技術(1)用諸如例如多元羧酸官能團的聚合物及其鹽，多亞磺酸官能團的聚合物及其鹽，多磷酸官能團的聚合物及其鹽，聚甲基丙烯酸及其鹽等的聚陰離子材料處理氧化物顆粒，使得聚陰離子材料吸附在氧化物顆粒的表面，讓氧化物顆粒帶上負電荷；(2)用諸如酒石酸鹽，檸礞酸鹽等的多價陰離子鹽或配合物處理氧化物顆粒，使得多價陰離子鹽或配合物吸附在陽離子的顆粒的表面，讓氧化物顆粒帶上負電荷；(3)用一種氧化物膠體涂布氧化物顆粒或者涂料本身帶負電荷。后面這種方法的一個例子是用硅酸鈉或另一種可水解的金屬配合物處理氧化物顆粒，通過水解把硅酸鹽的氧化物涂布在氧化物顆粒表面使形成二氧化硅涂覆的氧化物顆粒。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的浸漬分散液中與納米粘土顆粒一起使用小尺寸的陶瓷組分顆粒是特別有效的。小尺寸的陶瓷顆?？扇菀椎胤稚⒃诩{米粘土顆粒分散液中形成穩(wěn)定的分散液，沉降緩慢(即更長時間保持懸浮狀態(tài))。此外，小尺寸的陶瓷組分顆?？纱龠M分散液浸漬到基材的陶瓷纖維紙中去。小尺寸的陶瓷顆粒也為燒成過程中較低溫度下陶瓷顆粒的結合，以增強所制得的多孔纖維基紙質(zhì)基材作好了準備。在浸漬生的纖維基紙質(zhì)基材時，希望陶瓷組分顆粒的顆粒大小為平均粒徑小于4微米，最好是平均粒徑小于2微米。平均粒徑約1微米或更細也可有效地使用。雖然分散液中一部分的陶瓷組分顆?？赡芰捷^大，例如約10％重量的陶瓷組分顆?？赡艽笥诩s10微米，最好至少約80％重量的陶瓷組分顆粒直徑小于約10微米，至少約95％重量的陶瓷組分顆粒直徑小于約20微米。一般來說，碳化硅顆粒以及其它這類陶瓷組分顆粒的表面電荷是陰離子的。這樣的顆粒因而可以與陽離子的陶瓷纖維以及納米粘土的陽離子部分鍵合。令人驚訝的是，當與合適的滲透劑一起使用時，像碳化硅顆粒這樣的陶瓷組分顆粒能夠容易地滲透到生的紙中間去。在煅燒和燒成過程中，納米粘土顆粒，陶瓷組分顆粒(例如碳化硅顆粒)和其它陶瓷添加劑(例如堿金屬鹽，金屬氧化物和羥基氧化物顆粒)把它們自己結合在一起并與陶瓷纖維結合在一起形成堅固但仍有柔性的陶瓷纖維紙。試看圖4-7，掃描電鏡(SEM)對初始燒成的陶瓷纖維紙截面的檢查，揭示出它的顯微結構在沿著纖維28以及在與纖維28被來自陶瓷顆粒的嵌縫材料30所交叉的一些相隔部位上含有結合在一起的耐火陶瓷纖維28。先前用于使纖維基基材硬化氣相沉積技術能產(chǎn)生硬化材料的較均勻和連續(xù)的涂層。與采用氣相沉積技術硬化纖維基基材不同，存在于本發(fā)明的紙中的陶瓷纖維28未被浸漬分散液的連續(xù)涂層均勻地涂覆。相反，被浸漬分散液帶進來的陶瓷顆粒30在沿著纖維28以及與纖維28交叉的隔開部位上(例如見圖5和10的標記34)被束縛在陶瓷纖維28的表面上(例如見圖7和10)。以這樣的方式，由于纖維28在沿著纖維長度方向上的間隔部位結合在一起，而且未被均勻和連續(xù)地被涂覆，本發(fā)明的紙中的陶瓷纖維28保留了大部分它們原來的柔性。此外，參見圖4-7，纖維基紙質(zhì)基材10的壁的內(nèi)部的特征在于孔隙32的表面包含陶瓷纖維28以及結合在一起的浸漬顆粒30的陶瓷燒結塊34。顆粒30也可以隔開存在(即未聚集的)，以及以燒結塊34形態(tài)存在。初始的硬化過程一般強化了纖維基紙質(zhì)基材，足以使它能至少經(jīng)受得住接下來的硬化過程。在硬化陶瓷纖維紙中的陶瓷纖維28在經(jīng)過一遍或多遍硬化過程之后，是多少取向的(即在其取向上不是完全隨機的)。SEM對硬化陶瓷纖維紙截面的檢查揭示出，總的說來，陶瓷紙中多于大約60％的纖維28排成與跟陶瓷紙平行的平面成約35°角。這些纖維28互相纏結在一起，通過顆粒狀的陶瓷材料30互相結合在一起，顆粒狀的陶瓷材料30結合在其長度方向上的隨機點上。初次浸漬后，看來孔隙32的結構的絕大部分均勻地隨機分布在紙中，但是纖維28的取向產(chǎn)生了較大孔隙32在紙平面上一定的取向。盡管本發(fā)明含有顆粒的分散液正被浸漬到生的含有機結合劑的陶瓷纖維紙中去，但用SEM檢查，在陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的硬化結構中，幾乎觀察不到自由的即未束縛的顆粒材料30。正是由于在硬化陶瓷纖維基紙質(zhì)基材10中沒有自由的或未束縛的顆粒材料30，才使得基材表現(xiàn)出粉塵低的特點。硬化陶瓷纖維基紙質(zhì)基材中粉塵含量高，可能表明陶瓷纖維被陶瓷組分顆粒結合得差。如果這種自由的或未束縛的顆粒在使用時從排氣系統(tǒng)中散發(fā)出來也可能是有害的。膠態(tài)二氧化硅即二氧化硅分散液也可用于本發(fā)明的浸漬溶膠。膠態(tài)二氧化硅通過把多股纖維結合在一起，給纖維基紙質(zhì)基材提供了強度。但是過分使用二氧化硅會增加基材體的脆性以及產(chǎn)生粉塵的程度。過分使用二氧化硅還會降低燒成過的纖維基紙質(zhì)基材的化學穩(wěn)定性。為了避免使用二氧化硅帶來的這些缺點，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二氧化硅作為添加劑的用量希望低于浸漬溶膠中固體量的約45％重量，低于約35％則更合乎需要，優(yōu)選低于約25％，更優(yōu)選低于約15％。在最終陶瓷纖維基紙質(zhì)基材中通過浸漬帶進來的二氧化硅含量低于基材的約10％重量也是希望的，低于約7％則更合乎需要，優(yōu)選低于約4％，更優(yōu)選低于約1％。膠體勃姆石(即一水合α氧化鋁)也可用作浸漬溶膠中的陶瓷組分。膠體勃姆石能發(fā)揮結合某些陶瓷纖維，尤其是那些含硅的陶瓷纖維的作用。膠體勃姆石和膠態(tài)二氧化硅一起使用時特別的有效。引進勃姆石的優(yōu)點，在于煅燒時會轉化成能用作金屬基催化劑的催化劑載體的高表面積過渡氧化鋁。由于有非常高的表面積，過渡氧化鋁是優(yōu)異的催化劑載體。但在高溫下它們不穩(wěn)定，會轉化為α相。這樣的轉化伴隨著氧化鋁晶體結構的收縮。這樣的收縮會導致陶瓷纖維基材強度的損失。因此，可把穩(wěn)定化離子引進到過渡氧化鋁的晶體結構中來提高向α氧化鋁轉化的溫度。該穩(wěn)定化可以通過在第二遍浸漬時往基材中引進少量的多至約20％重量的氧化鋁，可溶的稀土離子，可溶的硅配合物，膠體形態(tài)的二氧化硅，可溶的鋇離子或它們的組合來實現(xiàn)。通過把納米粘土和帶有滲透劑的碳化硅，二氧化硅和勃姆石的分散液組合起來，可以制備浸漬分散液，使得到的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材在浸漬，干燥，煅燒和燒成后堅固，可運送并呈現(xiàn)出高孔隙率。這些材料(納米粘土，碳化硅，二氧化硅和勃姆石)可為本發(fā)明優(yōu)異的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材起到基礎的作用，尤其是當結合了將這里描述的那些能提高強度的陶瓷組分和催化劑進行后續(xù)浸漬時。按照本發(fā)明，不使用二氧化硅和勃姆石也可獲得令人滿意的基材。在第一遍硬化過程進行之后，滲透劑是可以用。陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的強度可以通過至少接受第二遍的硬化過程(即浸漬，干燥，煅燒和燒成)大大地提高。類似的浸漬分散液可用于后續(xù)的硬化過程來增加基材的強度和耐久性，賦予基材催化活性或者這兩種效果。一般來說，在這樣的后續(xù)硬化過程中使用滲透劑是可以的，浸漬分散液中平均粒徑例如大至5微米或更大的較大的陶瓷顆粒和陶瓷前體顆粒能被成功地引入這些后續(xù)的硬化過程中?？偟膩碚f，在第一遍硬化過程之后(即在有機結合劑被除去之后)，陶瓷纖維基紙質(zhì)基材可再次被浸漬，干燥，煅燒和燒成，盡管在再次燒成之前，只有一步干燥后或在多次干燥和煅燒步驟之后可以進行另一次浸漬。參見圖8-10，經(jīng)受過第一遍和第二遍的硬化過程之后的陶瓷纖維基紙被截開，用掃描電鏡檢查該紙的截面。令人驚訝的是，經(jīng)受第二遍硬化過程(即浸漬，干燥，煅燒和燒成)后，紙的顯微結構發(fā)生了非常大的變化。除了第二遍硬化過程引入的另外的陶瓷材料30使紙進一步致密化外，截面檢查揭示了第二遍硬化過程能導致透鏡狀的或似片狀的孔隙36在陶瓷纖維/有機結合劑復合紙中分布的形成。對被檢查的陶瓷纖維基紙的樣品而言，這些孔隙36的長軸的長度一般在約50至約300微米范圍內(nèi)，高度在約10至50微米范圍內(nèi)。這些似片狀孔隙36的長軸排列得接近平行于陶瓷紙平面。該硬化紙的內(nèi)部結構的特征，在于它類似于，具有長的或似片狀孔隙的開孔泡沫材料的結構。孔隙36具有由被顆粒粘住的纖維形成的多孔邊界。此邊界可以是鋸齒狀的或不規(guī)則的。陶瓷粘結材料30在紙的表面上的密度稍高。參見圖9，當在放大100倍的掃描電鏡下觀察時，陶瓷粘結材料30在紙內(nèi)部的密度顯得很均勻。盡管不希望拘泥于理論解釋，但可認為，本發(fā)明硬化紙的獨特結構使本發(fā)明的硬化纖維基紙質(zhì)基材堅固，耐久又足夠多孔，可作為優(yōu)異的過濾器，催化劑載體或者作為這兩者。硬化陶瓷纖維紙中的陶瓷顆粒30(例如碳化硅顆粒，金屬氧化物顆粒等)在整個硬化紙質(zhì)基材10中并不形成鄰接的相(即顆粒30典型地形成不鄰接的相)。此外，陶瓷顆粒30在紙內(nèi)的纖維28上典型地并不形成連續(xù)的涂層(即顆粒30典型地形成不連續(xù)的涂層)。代之的，是顆粒30典型地在不連續(xù)的聚集物34中存在，燒結塊有助于把纖維28結合在一起。有些燒結塊34典型地與紙中的相鄰燒結塊34結合在一起。即使如此，可能還是希望使陶瓷顆粒30在纖維28上形成連續(xù)的涂層，在硬化基材10的體內(nèi)形成連續(xù)的基質(zhì)。碳化硅和碳氧化硅是制造通用的高性能陶瓷纖維基紙質(zhì)基材特別有用的陶瓷組分。這些組分的任何一種或者兩者都可被引入造紙過程中或是被加到一遍或多遍浸漬操作中。這些硅的碳化物之所以合乎需要，是因為它們可通過加熱把氧化物陶瓷纖維結合住，形成化學和熱穩(wěn)定的，堅固和耐久的多孔耐火復合紙材料。在經(jīng)歷至少一遍硬化加工后，這些碳化物能吸收微波能量，所以能用微波加熱硬化纖維基紙質(zhì)基材。這樣的微波適應性用于再生過程可能是理想的。此外，在硬化纖維基紙質(zhì)基材中的這些碳化物具有很好的導熱性，有了這些碳化物可提高硬化基材的導熱性。較高的導熱性可能是需要的，因為在使用時它能使熱從纖維基紙質(zhì)基材中的較熱的部位消散出去。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，把這些硅的碳化物與含鋁和/或鋁化合物(例如氧化鋁)的陶瓷纖維結合起來使用可能是特別有利的，因為這樣形成的硬化復合紙要比只單獨用碳化硅或碳氧化硅所形成的硬化復合紙更堅固，更加熱穩(wěn)定和更加不發(fā)脆。硬化過兩遍的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材可以再進一步經(jīng)歷一遍或多遍另外的硬化處理，來提高基材的強度和耐久性以及改變基材表面的性質(zhì)。本發(fā)明的至少硬化過一遍，最好至少硬化過兩遍的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的外表面，可以施涂一層耐久的陶瓷涂層來選擇性地硬化。這樣的陶瓷涂層可以提供耐久的表面以減輕因比如說柴油機產(chǎn)生的廢氣穿過基材時的磨蝕作用對于多孔陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的磨損。施涂這樣的陶瓷涂層還可以強化和增強塞子，防止在塞子材料周圍或貫穿塞子材料而形成孔洞。也可以往陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的非過濾表面施涂這些陶瓷涂層以增加基材的破碎強度，這樣一來就可在用外殼密封時采用較高的裝配壓力。較高的裝配壓力有助于使基材在外殼中穩(wěn)定化。這方面有用的陶瓷涂層包括來源于陶瓷顆粒與玻璃顆粒的混合物的玻璃-陶瓷涂層，包含諸如像被來源于粘土的陶瓷材料結合在一起的含鋁和/或鋁化合物(例如氧化鋁)陶瓷顆粒，含硅顆?；蛘呓饘偬蓟镱w粒的與粘土結合的陶瓷涂層，來源于諸如堿性金屬鹽溶液，金屬鹽溶液，部分水解的金屬烷氧化物以及從它們衍生出的物質(zhì)的陶瓷前體溶膠的涂層。一般希望用來凈化柴油機排出的煙霧的陶瓷纖維基的壁流型紙質(zhì)基材或過濾器能俘獲排出的顆粒副產(chǎn)物，并能使這些顆粒氧化以防止煙灰過多地積聚在過濾器里。這樣的煙灰積聚引起過濾壓力或背壓升高，最終導致過濾器的失效。提供熱量可以將煙灰氧化掉，但是一般來說，要實現(xiàn)煙灰完全氧化所需的溫度高于通常柴油機廢氣的溫度。本發(fā)明的過濾器可用于一種排氣系統(tǒng)，它包含借助外部能源升高過濾器溫度的手段。這可以通過任何常規(guī)的技術，包括例如微波能，電阻加熱以及使加到廢氣流里的燃料燃燒來實現(xiàn)。在本發(fā)明的另一個實施方式中，本發(fā)明的壁流型以及直通型的基材可用催化劑材料或催化劑前體的溶液或分散液處理，將陶瓷纖維基紙質(zhì)基材活化成催化劑載體。作為附加或代替的另一種方法，可以在基材形成過程中引入催化物質(zhì)使其成為構成陶瓷纖維基紙質(zhì)基材整體的一個部分。已賦予催化性的過濾器可以結合其它的催化劑系統(tǒng)和再生技術用來形成一個非常有效地除去內(nèi)燃機排出的煙霧或其它熱氣體中的顆粒和氣體雜質(zhì)的排氣系統(tǒng)。本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)基材可用來承載一些不同種類的催化劑，以促進燃燒裝置排氣中碳質(zhì)材料(例如煙灰，一氧化碳，烴類)的氧化和其它污染物(例如NOX)的還原。催化本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)基材的一種方法是在基材制造過程中的一個或多個部位引入催化劑前體，催化材料或它們的組合。這樣的催化組分可以在最初的造紙過程，在一遍或多遍浸漬步驟中，加到硬化纖維基紙質(zhì)基材體中。合適的催化材料可包括包含金屬，諸如鉑，鈀，銠，鐵，鎳，銀，釕，銅或它們的組合以及這些金屬的合金和化合物，金屬氧化物，諸如氧化鐵，氧化銅，堿土金屬氧化物和堿土金屬鋁酸鹽，稀土氧化物，稀土鋁酸鹽，氧化鈰，氧化釩，氧化錳，氧化鈷，第一行的過渡金屬-稀土金屬氧化物化合物和混合物，具有鈣鈦礦和鈣鈦礦同類晶體結構的氧化物，金屬磷酸鹽和磷酸鹽-氧化物混合物。催化劑存在的一種形式可以是催化劑材料的顆?；蛘叽呋瘎┎牧铣休d在載體顆粒上，載體顆粒被吸附在本發(fā)明的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材的陶瓷組分材料上。催化的金屬，金屬混合物或金屬合金，可以直接承載在陶瓷纖維和陶瓷組分材料上，或者先承載在一種催化氧化物材料上，然后直接施涂到纖維和陶瓷組分材料上去。這些催化劑也可以作為本發(fā)明的纖維基基材的陶瓷纖維和陶瓷組分材料表面的部分涂層而存在。催化金屬或金屬化合物可以以金屬鹽溶液的形式施涂到纖維基紙質(zhì)基材上。金屬鹽可經(jīng)過化學的方法(例如化學還原)變成活化的金屬形式，或者加熱分解成活化的金屬形式，吸附在陶瓷纖維和陶瓷組分材料的表面上產(chǎn)生催化活性。催化金屬或金屬化合物可以形成膠體分散液或吸附在膠體載體上，然后通過浸漬或其它浸漬工藝施涂到陶瓷纖維和陶瓷組分材料上。催化金屬或金屬化合物的施涂也可以用常規(guī)的氣相沉積工藝來進行。本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)基材可與其它催化基材和催化劑材料(例如NOX還原催化劑)一起使用。NOX還原催化劑包括，例如承載在氧化鋁，氧化鈰或氧化鋁-氧化鈰上的銠，可以與本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)基材一起使用，例如通過將NOX還原成氮氣而除去廢氣中的NOX。如果需要的話，NOX氧化催化劑也可以與本發(fā)明的纖維基紙質(zhì)基材一起使用。利用NOX氧化催化劑，NOX被氧化成NO2，NO2又可用來幫助碳質(zhì)材料(例如被俘獲在過濾器里的煙灰)的氧化。如果需要的話，NOX氧化催化劑可以承載在本發(fā)明的過濾器或別的基材上，使得在原位就產(chǎn)生較高氧化態(tài)的氮氧化物。除非另外指出，所有的百分數(shù)均為重量百分數(shù)。試驗方法強度與剛性經(jīng)浸漬，煅燒和燒成的(即硬化)陶瓷纖維紙的強度和剛性用MTSSintech10D(Minneapolis，MN)測試工作臺進行測定。一片9cm×9cm方的陶瓷紙試樣裝在兩片金屬片之間，每片有一個2.5cm的孔。將載有金屬片的工作臺固定，令一根直徑2.85毫米的平頭桿在孔中央與試樣接觸。試驗在十字頭速度為1毫米/分鐘條件下進行。用一個負載為25N的測力傳感器將平頭桿擊穿紙試樣所需要的力記錄下來。用一數(shù)字數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下載荷-位移曲線。將載荷-位移曲線的峰值載荷作為最高載荷，以克為單位記錄下來。測定載荷-位移曲線初始上升段的直線部分的斜率作為剛性，以牛頓/毫米(N/mm)為單位記錄下來。透氣性陶瓷纖維紙的透氣性用一臺GeppertEngineeringMN0034型滲透性測定儀(GeppertEngineering，Inc.，St。Paul，MN)按照ASTMD737-75(“織物透氣性標準測試方法”)來測定。其測試室是一根內(nèi)徑為7.0厘米長45.7厘米的管子。陶瓷纖維紙試樣用一個園形的橡皮貼面的夾具裝在管子的入口端以避免試樣在測試時損壞。在管子的另一端裝著一塊有一個4.0毫米測量銳孔的板。用一臺HP33P型真空吹氣機抽空氣通過管子，穿過過濾器，測試室和4毫米的銳孔板，用一臺可變自耦變壓器在120伏電壓下調(diào)節(jié)吹氣機的速度。用U型管測壓計測量測試室內(nèi)的壓力和測試室真空側的壓力。將試樣裝在測試室入口端的夾具上。真空吹氣機的速度被調(diào)節(jié)至測試室壓力為1.28厘米水柱。維持測試室壓力為1.28厘米水柱時，通過測量測試室的壓力和4毫米銳孔板真空側的壓力來求出透氣性。透氣性求出的單位為立方英尺每分鐘每平方英尺，并被轉換成立方厘米每秒鐘每平方厘米(cc/sec/cm2)。為了按照本發(fā)明將紙制成纖維基紙質(zhì)基材之前，優(yōu)化浸漬過程和陶瓷纖維紙的性質(zhì)，強度和透氣性試驗是在紙試樣上進行的。效率和煙灰收集試驗用一陶瓷纖維裝配墊(InteramTM1100HT裝配墊由MinnesotaMining&ManufacturingCo.，St.PaulMN提供)包住一直徑約14.4厘米，長約15.2厘米的過濾器以置備一個制成的褶紙過濾器，并將該過濾器放在一直徑約15厘米，長約15.2厘米的304不銹鋼絞壓器套筒中。套筒用絞壓帶和軟管夾收緊然后點焊上，把密度約為1540克/平方米的裝配墊壓縮至約6毫米的厚度。套筒的每一端用不銹鋼圈點焊上。用第二個墊子(InteramTM100HT由MinnesotaMining&ManufacturingCo.，St.PaulMN提供)包住套筒，包裹好的套筒并壓緊進入一金屬試驗罐中，置于爐子中加熱到600℃使膨脹型裝配墊膨脹開。金屬試驗罐模擬柴油機過濾罐。給裝在罐中的過濾器稱重，裝上熱電偶，給金屬罐的每一頭用螺栓固定住一個錐形頭。給帶有錐形頭的裝在罐中的過濾器再次稱重。接著將裝在罐中的過濾器安裝在Cummins6A3.4柴油機的一根排氣管上。在罐中的過濾器的前后，排氣管上接有取樣口，該過濾器中裝有標本效率過濾器支架。取樣口位于離最近的流動轉折點的十倍管徑處。入口和出口各裝有兩個標本效率過濾器。標本效率過濾器是PallflexMembrane石英過濾器(PallCorp.，AnnArbor，MI提供)，使用前它們被儲存在過濾器支架上，放在82℃的烘箱中至少調(diào)整4小時。柴油機廢氣繞開過濾器直至發(fā)動機的冷卻液溫度達到約95℃。發(fā)動機轉速設定在2400rpm，液壓負荷約為12.4兆帕。一旦達到了所希望的發(fā)動機轉速和壓力負荷，用一Dimension發(fā)動機控制器(ResearchInc.，Minneapolis，MN)來維持設定值。此時，廢氣被切換至流經(jīng)過濾器。記錄下加載時間。發(fā)動機運轉直至過濾器后的壓降達到10kPa或20kPa，如試驗結果中所注明。當希望的壓降達到時，記錄下時間，通過取樣口對廢氣取樣2分鐘。通過取樣口的流量約為80升/分鐘。所用的粗氣取樣步驟如SAEPaper950516(NathanR.Bruner)中所述。然后，廢氣被切換至走旁路，發(fā)動機空轉。把試驗罐取下來至少冷卻一小時。對過濾器稱重算出收集在過濾器中的煙灰的克數(shù)。再把過濾器裝回到廢氣管上。在廢氣走旁路的模式下將發(fā)動機的轉速和液壓負荷提高到操作條件，然后將廢氣切換到流經(jīng)過濾器。發(fā)動機運轉至第二次壓降達到，通常為40kPa。過濾器效率是通過對過濾器前一定體積的廢氣中和經(jīng)過了過濾器后該體積的廢氣中顆粒的質(zhì)量的取樣和測量來測定的。入口和出口的各兩個PallflexTM膜過濾器從過濾支架上被取下，面對面地被放在Petri培養(yǎng)皿中以防止煙灰損失，稱重前在25℃及55％的相對濕度下調(diào)整8小時。根據(jù)過濾前后收集到的顆粒重量，依下式算出效率百分數(shù)效率百分數(shù)％＝(1-((DSSooted-DSClean)/(USSooted-USClean)))×100式中，DSSooted為過濾器下游的煙灰加濾紙的重量，DSClean為過濾器下游的濾紙的重量，USSooted為過濾器上游的煙灰加濾紙的重量，USClean過濾器上游的濾紙的重量。實用的過濾器的效率應高于約70％，希望高性能的廢氣過濾器效率應高于約85％，優(yōu)選高于約90％，最好是高于約95％。制備生的陶瓷纖維基紙用典型的造紙法制備生的陶瓷纖維基紙，它含有約72％重量的SaffilRF陶瓷纖維(SaffilLtd.，Widnes，CheshireUK)，4％Hycar26-138丙烯酸乳膠(BFGoodrich，Cleveland，Ohio)，12％纖維素纖維(CrestbrookPine，CrestbrookForestIndustries，Ltd.，Cranbrook，BritishColumbia，Canada)，12％原纖化纖維(E.I.DuPontdeNemoursandCompany，Wilmington，Delaware)。將纖維和乳膠在水中摻合制成總固含量約2％的紙漿。加入足夠量的約70％的銨鋁礬溶液將pH調(diào)至5-6，使乳膠聚合物凝結。把紙漿倒在一金屬篩上形成紙。對紙稍稍濕壓，然后干燥。制得的生的陶瓷纖維紙的基重約為140克/平方米，平均厚度約為0.85毫米。紙片被切成9厘米×9厘米方的試樣，供后處理和測試。制備生的陶瓷纖維過濾器將上述生的陶瓷纖維紙打褶形成接近等邊三角形的截面，其每邊長約3.2-3.5毫米，這樣來制備生的陶瓷纖維紙過濾元件。打完褶的紙與第二張平的生陶瓷纖維紙疊起來形成一層合物。該層合物自己卷繞16圈形成一個直徑約14.4厘米，長約15.2厘米的園柱形的生陶瓷纖維紙過濾元件。在卷繞之前，將一種塞子材料擠壓到層合時由打過褶的紙與平紙的交叉所形成的通道的一端部分。紙的對面一側通道的另一端也同樣填進塞子，層合物被卷繞起來，這樣就封住了生陶瓷纖維紙過濾元件上各交替通道的對面一端。塞子材料寬約10-15毫米。在約30克自來水中混合23克煅燒氧化鋁(AlcoaA-2/顆粒大小約5微米，AlcoaWorldAluminaLLC，PittsburgPA提供)，45克片狀氧化鋁(48M/顆粒大小約150微米，C-EMinerals，KingofPrussiaPA提供)，30克碳化硅(F-500/顆粒大小約13微米，Exolon-ESK，TonawandaNY提供)，5克膠乳結合劑(Hycar26315，BFGoodrichCo.，ClevelandOH提供)，約0.5克膠體氧化鋁(AL-20，NyacolNanoTechnologies，Inc.，Ashland，MA提供)來制備塞子材料。在卷繞過程中，含有220克膠體氧化鋁(AL-20，NyacolNanoTechnologies提供)，44克噴霧干燥的膠體氧化鋁(AL-20SD，NyacolNanoTechnologies提供)和14克碳化硅粉末(F-500，Exolon-ESK提供)的混合物被少量地涂覆在皺褶的頂上，以提供給打過褶的生陶瓷紙與平的生陶瓷紙補充的結合。制成的生陶瓷纖維紙過濾器在約150℃溫度下干燥2-3小時。水分含量取決于施加塞子時所希望的粘度，可以不同。制備分散液分散液I-3％納米粘土分散液12.0克的粉末鈣蒙脫石納米粘土(BentoliteTMSSP納米粘土，SouthernClayProducts，Gonzales，TX提供)在燒杯中用磁力攪拌棒分散在388.0克的去離子水中。繼續(xù)攪拌直至混合物調(diào)勻。分散液II-4％納米粘土分散液16.0克的BentoliteTMSSP納米粘土在燒杯中用磁力攪拌棒被分散在384.0克的去離子水中。繼續(xù)攪拌直至混合物調(diào)勻。分散液III-5％納米粘土分散液20.0克的BentoliteTMSSP納米粘土在燒杯中用磁力攪拌棒被分散在380.0克的去離子水中。繼續(xù)攪拌直至混合物調(diào)勻。實施例1將87.0克的分散液III加到燒杯中去，在磁力攪拌棒攪拌下加入13.0克的異丙醇，來制備第一分散液。將一連串的9厘米×9厘米的生的陶瓷纖維紙試樣整個泡在第一分散液中，一面泡10秒鐘，翻過來再在該分散液中泡10秒鐘，對試樣進行浸漬。浸漬后，把試樣垂直地掛起來，室溫(約25℃)下在空氣中干燥過夜。然后將空氣干燥的試樣置于帶通風的烘箱中于100℃干燥30分鐘，再置于帶通風的箱式爐中采用以下的加熱順序在空氣中煅燒和燒成3小時內(nèi)從室溫加熱至500℃；500℃停留1小時；2小時內(nèi)從500℃加熱到1100℃；1100℃停留1小時；在爐內(nèi)冷卻至室溫。燒成后的試樣稱為試樣A。實施例2將85.06克的分散液I和2.18克的表面積約為5平方米/克的碳化硅粉末(UF5SiC，H.C.Starch，NewtonMA有售)在攪拌下加入燒杯中。用聲波，即超聲波處理該分散液約3分鐘，采用的是一臺帶有高能，5.1毫米鈦喇叭口的BransonSonifierCellDisruptor350(BransonUltrasonicsCorporation，Danbury，CT)使分散液均勻化。超聲處理時仍用磁力攪拌該分散液。然后在攪拌下加入12.76克的異丙醇形成第一分散液。依照實施例1的步驟對生的陶瓷紙進行浸漬，干燥，煅燒和燒成。燒成后的試樣稱為試樣B。實施例3除了用2.18克的平均粒徑約為3微米的碳化硅粉末(1200BlackSiC，ElectroAbrasivesBuffalo，NY有售)代替UF5SiC外，依照實施例2的步驟，制備第一分散液。依照實施例1的步驟對生的陶瓷紙進行浸漬，干燥，煅燒和燒成。燒成后的試樣稱為試樣C。實施例4除了用2.18克的平均粒徑約為2.5微米的碳化硅粉末(1200BlackSiC，ElectroAbrasivesBuffalo，NY有售)代替3微米的SiC顆粒外，依照實施例3的步驟制備第一分散液。依照實施例1的步驟對生的陶瓷紙進行浸漬，干燥，煅燒和燒成。燒成后的試樣稱為試樣D。實施例5用84.68克的分散液II，2.62克的UF5SiC和12.70克的異丙醇依照實施例2的步驟制備第一分散液。依照實施例1的步驟對生的陶瓷紙進行浸漬，干燥，煅燒和燒成。燒成后的試樣稱為試樣E。實施例6-35實施例證6-35是將實施例1-5燒成后的試樣(試樣A-試樣E)浸漬在如以下和表1所示的第二分散液中來制備的。試樣依照實施例1的步驟用該第二分散液浸漬，空氣干燥，再烘箱干燥。然后干燥試樣在帶通風的箱式爐中采用以下的加熱順序在空氣中燒成2小時內(nèi)從室溫加熱至500℃；3小時內(nèi)從500℃加熱到1100℃；1100℃停留1小時；在爐內(nèi)冷卻至室溫。對強度(以峰值載荷示之)，剛性，和透氣性進行測試，測試結果如表I所示。峰值載荷和剛性的數(shù)值為三個數(shù)值的平均值。溶液A(15％勃姆石分散液)的制備在85毫升的去離子水中攪拌15.0克一水合氧化鋁粉末(DisperalTM勃姆石，CondeaVistaCo.，Houston，TX有售)，再往混合物中加入10滴濃硝酸使勃姆石分散。溶液A(15％乙酸氧鋯溶液)的制備用42.67克的去離子水稀釋100.0克21.4％的乙酸氧鋯溶液(MagnesiumElectronInc.，F(xiàn)lemington，NJ有售)。溶液B(30％二氧化硅分散液)的制備用66.7克的去離子水稀釋100.0克的50％固體的平均粒徑為60納米的膠態(tài)二氧化硅(NalcoTM1060colloidalsilica，NalcoChemicalCo.，OakBrookIL有售)。溶液C的制備往95.0克的溶液A中攪拌加入5.0克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液D的制備往95.0克的溶液A中快速攪拌下加入5.0克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液E的制備往95.0克的溶液B中快速攪拌下加入5.0克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液F的制備往95.0克的去離子水中快速攪拌下加入5.0克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液G的制備往97.5克的去離子水中快速攪拌下加入2.5克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液H的制備往97.5克的溶液A中攪拌加入2.5克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液I的制備往97.5克的溶液B中加入2.5克的UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液J的制備混合31.15克溶液A，52.7克溶液A，和12.84克溶液B，超聲處理5分鐘，然后加入3.3克UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液K的制備往95.0克分散液II中攪拌加入5.0克UF5SiC，超聲處理約3分鐘。溶液L(15％膠態(tài)二氧化硅分散液)的制備用233.3克去離子水稀釋100.0克Nalco1060膠態(tài)二氧化硅。溶液M的制備混合10克溶液L和85克分散液I，快速攪拌并超聲處理約3分鐘，然后加入5.0克UF5SiC粉末，快速攪拌并再超聲處理3分鐘。溶液N的制備往97.5克溶液B中攪拌加入2.5克UF5SiC粉末，超聲處理約3分鐘。溶液O的制備往87.5克分散液I中攪拌加入2.5克ElectroAbrasive1200blackSiC粉末，超聲處理約3分鐘。然后在快速攪拌下往該納米粘土/碳化硅分散液中加入10.0克溶液L，再超聲處理3分鐘。溶液P的制備用5.0克1200blackSiC粉末，85克分散液I，和10克溶液L，依照溶液O的制備步驟操作。溶液Q的制備用7.5克1200blackSiC粉末，82.5克分散液I，和10克溶液L，依照溶液O的制備步驟操作。溶液R的制備用10.0克1200blackSiC粉末，80.0克分散液I，和10克溶液L，依照溶液O的制備步驟操作。溶液S的制備用12.5克1200blackSiC粉末，77.5克分散液I，和10克溶液L，依照溶液O的制備步驟操作。溶液T的制備用15.0克1200blackSiC粉末，75.0克分散液I，和10克溶液L，依照溶液O的制備步驟操作。溶液U的制備除了使用1200/FblackSiC粉末外，依照溶液O的步驟和材料制備。溶液V的制備除了使用1200/FblackSiC粉末外，依照溶液P的步驟和材料制備。溶液W的制備除了使用1200/FblackSiC粉末外，依照溶液Q的步驟和材料制備。溶液X的制備除了使用1200/FblackSiC粉末外，依照溶液R的步驟和材料制備。溶液Y的制備除了使用1200/FblackSiC粉末外，依照溶液S的步驟和材料制備。溶液Z的制備除了使用1200/FblackSiC粉末外，依照溶液T的步驟和材料制備。表1的數(shù)據(jù)說明，制成的試樣所具有的性質(zhì)表明了燒成的材料適合于作為過濾器。這些特別合適的例子既有較高的強度又有較高的透氣性。實施例36將70.0克的BentoliteTMSSP納米粘土分散在1330.0克的去離子水中，制備5％的納米粘土分散液。然后加入210克的異丙醇，混合至均勻形成第一分散液。將一個按照上述步驟制成的生的陶瓷纖維過濾器置于一個19厘米×10厘米的杯中，過濾器一個平的末端朝下。把約一半的主分散液從中心開始以環(huán)行的方式往過濾器的頂部傾倒下去。將過濾器翻過身來，用同樣的方式把剩下的主分散液傾倒在過濾器上，使得整個的過濾器被分散液滲透。輕搖過濾器使多余的分散液滴在紙巾上除去。每小時將過濾器翻轉一次，在室溫下空氣干燥共4小時。經(jīng)空氣干燥的過濾器進一步在99℃的烘箱中干燥12小時。按照以下的加熱順序對過濾器進行煅燒和燒成2小時從室溫至200℃；200℃停留2小時；2小時至250℃；250℃停留2小時；2小時至350℃；350℃停留2小時；2小時至400℃；400℃下停留2小時；2小時至450℃；450℃停留2小時；2小時至500℃；500℃停留0.5小時；1小時至1000℃；1000℃停留0.5小時。讓過濾器在爐內(nèi)冷卻。在煅燒和以后的燒成過程中間，過濾器并未有意地被冷卻。燒成后，過濾器變得堅硬，重量輕，相當堅固。用3.5毫升的濃硝酸作為分散劑，將144克勃姆石顆粒(DisperalTM勃姆石)分散在818克的去離子水中制備成一分散液。160克的溶液L用0.8毫升的濃硝酸酸化，快速攪拌下，它被加到該勃姆石分散液中去?；旌虾?，加入480克的溶液A，攪拌至均勻。所得到的含有勃姆石，膠態(tài)二氧化硅和乙酸氧鋯的分散液以與使用第一分散液同樣的方法被浸漬到上述已被浸漬和燒成過一遍的過濾器中。將該經(jīng)浸漬的過濾器在空氣中干燥4小時，在99℃的烘箱中干燥過夜，再冷卻至室溫。將178.5克的氧化鋁粉末(AlcoaTMSG15氧化鋁，AlcoaIndustrialChemicals，Bauxite，AZ有售)加到86.6克的去離子水中，混合成一稠厚的混合物來制得邊緣涂布用的分散液。然后加入1.45克的一種分散劑(DarvanTM分散劑，R.T.VanderbuiltCompanyIncorporated，Norwalk，CT有售)，再加3.75克的39.7％硅酸鈉溶液，該溶液的SiO2/Na2O之比為2.75(PD硅酸鈉，PQCorp.，ValleyForge，PA有售)。分散劑使該混合物變稀薄，再加入19.83克的乙酸氧鋯。用一臺高能聲波發(fā)生器處理該混合物。再加入5.95克乙二醇。將浸漬和干燥過的陶瓷纖維過濾器的平緣浸在邊緣涂布用的分散液中至0.6-1.0厘米的深度來涂覆邊緣涂層。在把邊緣涂布用的分散液涂覆到過濾器的兩個邊緣之后，輕搖過濾器除去多余的涂層，將空氣吹入經(jīng)涂覆的兩端，以確保通道不被分散液堵塞住。邊緣涂覆過的過濾器在室溫下空氣干燥約2小時，再在99℃的烘箱中干燥4小時，然后依照以下的加熱順序煅燒和燒成3小時從100℃至500℃；500℃停留1小時；2小時從500℃至1000℃；1000℃停留0.5小時；爐內(nèi)冷卻。將制得的過濾器裝在一個金屬罐中，依照上述的測試方法測定其效率。在壓降為20kPa時，發(fā)現(xiàn)去除排出物顆粒的效率為95.9％。在壓降為40kPa時，發(fā)現(xiàn)去除排出物顆粒的效率為95.1％。實施例37將1400.0克分散液I與35.9克UF5SiC粉末用一攪拌棒混合，然后超聲波處理15分鐘來制備分散液。再加入210克異丙醇，用磁力攪拌棒攪拌形成均勻的第一分散液。依照實施例36所述的步驟制成一生的陶瓷纖維過濾器，用該分散液浸漬再干燥之。然后依照以下的加熱順序對該過濾器進行煅燒和燒成100℃停留2小時；4小時從100℃至500℃；500℃停留3小時；2小時從500℃至1000℃；1000℃停留0.5小時；爐內(nèi)冷卻。在初始的浸漬和燒成后，過濾器重量輕但堅固。將1156克分散液I與68.0克UF5SiC和136.0克溶液L混合制備第二浸漬分散液。混合后，攪拌下用超聲波處理該分散液15分鐘以產(chǎn)生均勻混合的顆粒分散液。被初次浸漬，煅燒和燒成過的陶瓷纖維過濾器依照實施例36所述進行第二遍浸漬和干燥。將535.5克Alcoa15SG氧化鋁在快速攪拌下分散到252.0克去離子水中去，加入4.35克DarvanC，再加入11.25克PD硅酸鈉以制得邊緣涂布用的分散液。然后加入59.49克乙酸氧鋯粉末和20.3克UF5SiC，一邊攪拌一邊用超聲波處理20分鐘。再加入17.85克乙二醇，攪拌至均勻。用該分散液依照實施例36的步驟對干燥的，浸漬過兩遍的過濾器進行邊緣涂覆。干燥后，依照以下的加熱順序對邊緣涂覆過的過濾器進行干燥，煅燒和燒成100℃停留2小時；3小時從100℃至500℃；500℃停留1小時；2小時從500℃至1000℃；1000℃留0.5小時；然后爐內(nèi)冷卻。對制得的陶瓷纖維過濾器按照效率和煙灰收集試驗方法進行測試。在壓降為20kPa時，發(fā)現(xiàn)效率為99.4％，煙灰收集量為11.0克。在壓降為40kPa時，發(fā)現(xiàn)效率為96.1％，煙灰收集量為34.0克。實施例38-42實施例38-42說明了用于第一分散液中的各種不同的滲透劑。將2.93份BentoliteTMSSP納米粘土和2.5份碳化硅粉末(1200blackSiC，ElectroAbrasives)分散在94.58份去離子水中制備成一分散液，用超聲波處理使分散液均勻。將一種滲透劑混合到該分散液中去形成第一分散液。對于實施例38，26.0克的異丙醇與200.0克的所述分散液混合形成第一分散液。對于實施例39，加入10.0克TergitolTMTMN10(UnionCarbide，Danbury，CT)，與1600克的所述分散液混合形成第一分散液。對于實施例40，加入3.58克Aero溶液OT-S(70％)(CytecIndustries，Inc.，WestPaterson，NJ)，與1600克的所述分散液混合形成第一分散液。如上所述，將一9厘米×9厘米的生的陶瓷纖維紙試樣整個浸在該第一分散液中，對該試樣浸漬。將經(jīng)浸漬的紙試樣從浸漬液池中取出垂直地掛起來，于室溫下(約23℃)在空氣中干燥2小時。然后將試樣轉移至100℃的烘箱中干燥過夜。對于實施例41-42，把實施例39和40剩下的浸漬液用來分別浸漬實施例41和42的生的陶瓷纖維過濾器，這是通過把浸漬液傾倒到過濾器中去并使之透過過濾器直至過濾器全部被浸漬液浸透來實現(xiàn)的。把過濾器翻過身來，重復該過程。經(jīng)浸漬的過濾器在空氣中干燥24小時，再在85℃的烘箱里干燥24小時。在一個大的箱式爐里依照以下的加熱順序，對實施例38-40的三個經(jīng)浸漬的試樣以及實施例41-42的兩個經(jīng)浸漬的生的陶瓷纖維過濾器進行煅燒和燒成1小時從室溫至250℃；250℃停留5分鐘；3小時從250℃至270℃；270℃停留3小時；2小時從270℃至300℃；1小時從300℃至450℃；450℃停留2小時；2小時從450℃至1000℃；1000℃停留15分鐘；爐內(nèi)冷卻。當溫度降到約200℃以下后，將試樣從爐子里取出來。將185.0克BentoliteTMSSP納米粘土和375.0克ElectroAbrasives1200/Fblack碳化硅分散和混合在4440克去離子水中，制備第二分散液。用該分散液對實施例38-40燒成過的試樣以及實施例41-42燒成過的陶瓷纖維過濾器進行第二遍的浸漬。試樣于室溫下在空氣中干燥約2小時后在85℃的烘箱里過夜。然后，試樣依照以下的加熱順序煅燒和燒成15分鐘從室溫至85℃；85℃停留2小時；2小時從85℃至500℃；500℃停留1小時；3小時從500℃至1100℃；1100℃停留1小時；爐內(nèi)冷卻。當溫度降到約200℃以下后，將試樣從爐子里取出來。實施例41和42經(jīng)燒成的過濾器依照實施例37的步驟加以被邊緣涂覆和燒成。對實施例38-40的試樣測試它們的透氣性和強度，結果如表II所示。對實施例41和42的陶瓷纖維過濾器用實施例36描述的方法，測試去除柴油機廢氣中顆粒物質(zhì)的效率。結果如表III所示。實施例43-44除了第二浸漬步驟使用下邊所述的用于實施例43-44的不同分散液外，依照實施例36的步驟制備邊緣涂覆前的過濾器。該過濾器用實施例37的分散液進行邊緣涂覆，依照實施例37的干燥和燒成順序。對制成的過濾器測試其效率和煙灰收集量，結果如表IV所示。實施例43-將1400克溶液L與35.9克UF5SiC粉末混合，一邊攪拌一邊用超聲波處理15分鐘制備第二浸漬分散液。實施例44-將210.0克DisperalTM勃姆石分散在1190克去離子水中，快速攪拌下加入5.18毫升濃硝酸制備第二浸漬分散液。加入73.68克UF5SiC粉末，該分散液用超聲波處理約20分鐘。實施例45將52.0克BentoliteTMSSP納米粘土和40.2克UF5SiC分散在1248克去離子水中，用超聲波處理20分鐘使其均勻，然后加入195克異丙醇制備成第一分散液。依照實施例36的步驟用該分散液浸漬一個生的陶瓷纖維過濾器，再干燥，煅燒和燒成。將57.0克BentoliteTMSSP納米粘土和75.0克UF5SiC分散在1368克去離子水中制備成第二浸漬分散液。該混合物用超聲波處理20分鐘使其均勻。依照實施例36的步驟用該第二浸漬分散液浸漬先已浸漬，干燥和燒成過的過濾器元件，再干燥，邊緣涂覆，干燥和燒成。效率測試結果如表IV示。實施例46將195克異丙醇加到2600克分散液III中制備第一分散液。依照實施例36的步驟用該分散液浸漬一個生的過濾器元件，再干燥，煅燒和燒成。然后依照實施例45用分散液III對該過濾器進行第二遍浸漬，干燥，邊緣涂覆，干燥和燒成。效率和煙灰收集量測試結果如表IV示。實施例47將42.0克BentoliteTMSSP納米粘土和35.9克UF5SiC分散在1358克去離子水中，用超聲波處理20分鐘使其均勻，然后加入224克異丙醇，充分混合制備第一分散液。依照實施例36的步驟用該制成的分散液浸漬一個生的過濾器，再干燥，煅燒和燒成。將35.7克BentoliteTMSSP納米粘土和70.0克1200/FblackSiC分散在1154.3克的去離子水中，用超聲波處理20分鐘使其均勻，然后加入140.0克的溶液L，混合制成第二浸漬分散液。用實施例45的步驟對燒成過一次的過濾器用該分散液浸漬，干燥，邊緣涂覆，干燥，煅燒和燒成。實施例48依照實施例47制備含有2.55％的BentoliteTMSSP納米粘土，2.18％的UF5SiC和12.76％的異丙醇的第一分散液。將一個生的過濾器浸在該分散液中三遍來對其浸漬。浸漬過程中轉動該過濾器令空氣離開過濾器的通道。從過濾器中排出多余的分散液，依照實施例36的步驟干燥，煅燒和燒成該過濾器。將1400克溶液L與35.9克UF5SiC粉末混合，一邊攪拌一邊用超聲波處理15分鐘，使其均勻，制備第二浸漬分散液。依照實施例36的步驟用制得的分散液對過濾器浸漬和干燥。依照實施例37的步驟，使用62.5克PD硅酸鈉溶液和3.58克Darvanc，將400.0克Alcoa15SG氧化鋁和62.5克1200/FblackSiC分散在196.7克去離子水中，制備成邊緣涂布用的混合物。加入7.5毫升乙二醇作為干燥調(diào)節(jié)劑。依照實施例37的步驟，用該邊緣涂布用的分散液對干燥過的過濾器進行邊緣涂覆，然后干燥，煅燒和燒成。實施例49除了使用以下的塞子材料外，依照上述的步驟制備生的陶瓷過濾器。塞子材料的制備是將35.97克水與142.24克氧化鋁(A3000FL-Al2O3，Alcoa有售)混合，用手攪拌使氧化鋁分散。然后把4.14克高嶺土纖維和2.52克富鋁紅柱石纖維混合進去。在加入71.62克硅溶膠(NalcoTM1050)之后，用一臺Cowles漿葉的設備以約29英寸/秒(73.7厘米/秒)的速度對混合物進行剪切混合。剪切混合時加入19.74克A3000FL氧化鋁和31.98克Al2TiO5顆粒。隨后，分批緩慢地加入氧化鋁和碳化硅顆粒如下37.62克A3000FL氧化鋁，然后21.88克A3000FL氧化鋁，然后36.15克綠色SiC。最后，加入5.3克氣吹豆油。該豆油可視作顆粒的潤滑劑。然后用Cowles漿葉以約10-20英寸/秒(38-51厘米/秒)的速度對混合物進行剪切10分鐘。結果的粘度約為3500-3920cps。還可以進一步根據(jù)需要調(diào)節(jié)粘度，滴加水可降低其粘度，滴加氣吹豆油可提高其粘度。涂布到紙上之后，把塞子材料緩慢干燥以免開裂。塞子材料的大致百分組成如下氧化鋁55％水17％纖維1.6％Al2TiO57.9％SiC8.9％SiO2(inNalco溶液)8.8％氣吹豆油1.3％本發(fā)明的陶瓷纖維基壁流型基材或過濾器的關鍵性特征，在于其有效地過濾非常小的顆粒的能力。普遍認為，柴油機廢氣流中非常小的顆粒，通常稱為納米顆粒，是最危險的有害健康的物質(zhì)(例如見D.Warheit，W.Seidel，M.CarakostasandM.Hartsky，“AttenuationofPerfluoropolymerFumePulmonaryToxicityEffectofFilters，CombustionMethodandAero溶液Age”PulmonaryToxicityofPerfluoropolymerFumes，AcademicPress，pp.309-329，1990)。通過這里披露的方法可以制造出本發(fā)明的過濾器，它表現(xiàn)出比已往可能更高的納米顆粒過濾效率。本發(fā)明的過濾器能過濾掉柴油機廢氣中發(fā)現(xiàn)的較小顆粒(即那些粒徑小于150納米的顆粒)的97％以上，甚至達98％以上。通過這里披露的方法可以制造出本發(fā)明的過濾器，它能過濾掉柴油機廢氣中發(fā)現(xiàn)的非常小的顆粒(即那些粒徑范圍在10-20納米的顆粒)的98％以上，優(yōu)選達99％以上，更優(yōu)選達99.5％以上。本發(fā)明的壁流型基材作為其它顆粒排出流的過濾器時能表現(xiàn)出相似的性能。納米顆粒過濾效率采用Liuetal(Z.G.Liu，B.M.Verdegan，K.M.A.BadeauandT.P.Sonsalla，SAETechnicalPaper2002-010-1007)的方法測定，它采用一臺2000型直接噴射的Cummin’s柴油機，用一臺電測力計控制發(fā)動機的轉矩和轉速。發(fā)動機的運轉模式為ISO8178。本發(fā)明過濾器的特征在于它采用了該技術。用這種方法還對市售的Corning100dpi堇青石過濾器(CorningIncorporated，Corning，NY)作了測試便于比較。對于小顆粒尺寸(10-150納米的范圍)，本發(fā)明過濾器的平均效率為99％以上，對于非常小顆粒尺寸(10-20納米的范圍)，本發(fā)明過濾器的平均效率為99.5％以上。市售的Corning過濾器的效率對于10-150納米范圍的平均效率低于96.5％，對于非常小的顆粒尺寸的平均效率低于90％。本發(fā)明的陶瓷纖維基壁流型基材或過濾器能非常迅速地加熱和冷卻。使用中，柴油機廢氣過濾器會積聚碳質(zhì)煙灰，需要通過氧化反應定時除去。氧化反應催化劑可用來降低煙灰開始燃燒的溫度，但是即使用了氧化反應催化劑，可能還是要加上補充熱量來引發(fā)煙灰的氧化反應。因為用外部熱源來加入熱量需要耗費能量，所以希望過濾器在暴露于較熱的廢氣或被外部加熱時能迅速升溫，這樣能使除去煙灰所需的能耗盡量低。這里描述的陶瓷纖維基壁流型基材有非?？斓臒犴憫?。過濾器的熱響應值希望能高于1.8℃/秒，優(yōu)選高于2.0℃/秒，更優(yōu)選高于2.3℃/秒。本發(fā)明的陶瓷纖維基過濾器和另外兩種市售的過濾器(IbidenCorporation，OgakiCity，JapanSiC200過濾器和Corning，Corning，NY，堇青石200過濾器)的熱響應值的測定如下將一個5.66”x6”復合過濾器用由3MCompanyofSt.Paul，MN提供的裝配墊(Interam1101T，1540g/m2)裝進一金屬外殼的套筒中(套筒由FleetguardInc.ofStoughton，Wisconsin提供)。裝進套筒的過濾器組合件接到一臺Cummins3.41IDI工業(yè)柴油機排氣管的下游。發(fā)動機工況在2400rpm/12.4Mpa時，過濾器被煙灰負載，達到壓降為20kPa。當目標壓降達到時，排出的廢氣走旁路繞過裝進套筒的過濾器組合件。令0.85m3/min(即30stdft3/min)的室內(nèi)空氣經(jīng)過一臺由PyromaticIncorporated(Wauwatosa，WI)提供的OsramSylvanniaProductsInc。Sureheat072781過程加熱器將熱空氣引入過濾器中。在該布局中，過程加熱器被置于裝進套筒的過濾器組件的上游。加熱器的控制設定在700℃，測量點在過程加熱器的出口。出口溫度達到600-650℃后，加熱器空氣流經(jīng)裝進套筒的過濾器組合件20分鐘。為了從過濾器下游端來監(jiān)測過濾器的溫度，將一根TypeKOmega(OmegaInstruments，Inc.，Stamford，Connecticut)熱電偶插進過濾器的中心7.6厘米深。在整個測試過程中監(jiān)測過濾器的溫度和裝進套筒的過濾器組合件的壓降。作出過濾器內(nèi)部的溫度-時間圖得到了一根顯示過濾器升溫特性的曲線。在最初的181秒時間內(nèi)的溫度變化提供了升溫速率的度量。陶瓷纖維基過濾器的升溫速率為2.36℃/秒，SiC200過濾器的升溫速率為1.00℃/秒，堇青石200過濾器的升溫速率為1.73℃/秒。本發(fā)明的過濾器表現(xiàn)出更快的升溫速率，這是合乎需要的，所以該過濾器能以較低的能耗代價進行再生。本發(fā)明的陶瓷纖維基基材能表現(xiàn)出高的抗推出強度。由卷繞的打褶紙制成的過濾器基材的一類常見的毛病，通常稱為推出或伸縮。發(fā)生這種故障時，過濾器的內(nèi)部與過濾器的外部分離，使得內(nèi)部在空氣流動方向上推出去或嵌縮。這里描述的陶瓷纖維基壁流型基材可以有高的抗推出強度，達0.275MPa。這樣高的抗推出強度是柴油機排氣系統(tǒng)用的耐久的過濾器所希望的。有可能希望對本發(fā)明的基材的外面一端的表面(即暴露于流過基材的廢氣的表面)加固。這種加固可以通過在端面上加一單獨的涂層來實現(xiàn)。據(jù)信這樣的加固能改善強度，耐磨性和/或端面的表面摩擦系數(shù)。用于這種涂層的材料類型可以與用于使基材紙硬化材料相同。這些涂層材料最好包含一個硬質(zhì)相(如α氧化鋁)，多個堅固相(如氧化鋯)，富鋁紅柱石材料，堇青石材料，碳化硅或其它能與粘土，膠態(tài)二氧化硅(有或沒有膠體氧化鋁)，膠體氧化鋁和顆?；旌衔锝Y合在一起的碳化物。需要的話可以使用滲透劑?？梢园淹瑯拥耐繉硬牧嫌糜诨耐饷娴墓軤畋砻鎭硖岣呋牡目顾閺姸龋蚨梢圆捎媚苁┘痈邏毫Φ难b配墊。顯然，對于那些本行業(yè)的內(nèi)行來說，本發(fā)明可以有各種各樣的變更和變形而不脫離本發(fā)明的范圍與精神，應該認識到本發(fā)明并不受這里所舉出的實施方式的限制。權利要求1.一種使適用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的纖維基紙硬化方法，所述方法包括提供一種生的紙，它包含耐火陶瓷纖維和一種有機結合劑材料；用第一浸漬分散液浸漬所述生的紙，形成被浸漬過的紙，第一浸漬分散液包含一種具有陶瓷組分的無機結合劑材料，該陶瓷組分包含陶瓷前體材料和陶瓷材料的至少一種，一種包含有機分子或聚合物的滲透劑，它能充分降低浸漬分散液和生的紙表面之間的界面能，使浸漬分散液對生的紙潤濕并被吸收到生的紙上，而無浸漬分散液中陶瓷組分的顯著絮凝或顆粒分離現(xiàn)象；干燥該浸漬過的紙形成干燥紙；煅燒該干燥紙形成煅燒過的紙；燒成該煅燒過的紙，至少部分地燒掉有機物，使浸漬分散液的陶瓷組分相互結合在一起并與紙里的陶瓷組分結合，從而使纖維結合在一起，形成適用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的硬化紙。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所提供的生的紙是生的基材形式，它旨在至少適用作為壁流型或直通型基材之一種，所述的浸漬是用第一浸漬分散液浸漬所述生的基材，形成被浸漬過的基材，所述的干燥是干燥該被浸漬過的基材，形成干燥的基材，所述的煅燒是煅燒該干燥的基材，形成煅燒過的基材，所述的燒成是燒成該煅燒過的基材以至少部分地燒掉有機物，使浸漬分散液的陶瓷組分相互結合在一起并與紙里的陶瓷組分結合，從而使纖維結合在一起，形成適用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的硬化基材。3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，陶瓷組分的形式至少是由溶解的物質(zhì)，可溶的鹽，不可溶的鹽和顆粒分散液的一種。4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，陶瓷組分包含至少一種納米粘土材料，該納米粘土材料具有促進它吸附到陶瓷纖維上去的電荷，當該陶瓷纖維具有相反電荷時。5.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，浸漬分散液的pH值被選擇得使至少部分的該陶瓷纖維和該陶瓷組分帶有相反電荷，致使它們互相吸引。6.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，浸漬分散液的pH值被選擇得使絕大部分的該陶瓷組分和該陶瓷纖維帶有電荷，致使它們互相吸引。7.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，浸漬分散液還包含增強顆粒，它帶有的電荷與陶瓷纖維或陶瓷組分所帶有的電荷同號。8.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，陶瓷組分還包含納米粘土顆粒，所述浸漬分散液還包含陽離子性的增強顆粒，該增強顆粒存在的濃度使得增強顆粒的外表面積成為該納米顆?？捎猛獗砻娣e的高達90％。9.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，浸漬分散液還包含帶有電荷的增強添加劑，所述方法還包括把所述增強添加劑所帶有的電荷轉化成另一種電荷。10.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，浸漬分散液包含不同類型的浸漬顆粒，所述方法還包括把一種或多種不同類型的浸漬顆粒所帶有的電荷加以轉化，以實現(xiàn)浸漬顆粒之間的吸引，而否則的話它們是不會互相吸引的。11.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，滲透劑是陰離子表面活性劑或陽離子表面活性劑，在所述浸漬過程中，該滲透劑至少吸附在有機結合劑材料上，使得該有機結合劑的表面分別變成陰離子或陽離子的，因而降低了有機結合劑與浸漬分散液之間的界面能。12.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，陶瓷組分是平均粒徑最大達約6微米的陶瓷顆粒。13.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于包含在所提供的生的紙里的至少某些陶瓷纖維，至少部分地涂覆有或者至少部分地含有氧化反應催化劑。14.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述浸漬過程中，紙的表面暴露在浸漬分散液中的速率使得在所述浸漬過程中浸漬分散液組分的物理分離至少被減少到最少，所述的速率至少與浸漬分散液芯吸并透過紙的速率一樣快。15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，在所述浸漬過程中，紙的表面暴露在浸漬分散液中的速率比浸漬分散液芯吸并透過紙的速率快。16.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，硬化紙或基材通過補充的硬化方法又被硬化，該硬化方法包括用第二浸漬分散液浸漬該硬化紙或紙基材，形成又浸漬過一遍的紙或紙基材，該第二浸漬分散液包含一種有陶瓷組分的有機結合劑材料，該陶瓷組分是至少陶瓷前體材料和陶瓷材料中之一種，沒有顯著量的滲透劑；干燥又浸漬過一遍的紙或紙基材，形成又干燥過一遍的紙或紙基材；煅燒又干燥過一遍的紙或紙基材，形成又煅燒過一遍的紙或紙基材；燒成又煅燒過一遍的紙或紙基材，剩下的有機材料基本上燒掉，造成至少第二浸漬分散液的陶瓷組分互相結合在一起并與紙里的陶瓷纖維結合，因此令纖維進一步互相結合，形成又硬化過一遍的紙或紙基材。17.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述燒成過程后，紙的空隙率范圍約為80％至95％，用孔隙測量儀測定的平均流動孔徑范圍約為10至15微米。18.如權利要求1或2所述的方法，還進一步包括從紙漿制紙的造紙方法，該紙漿包含一種無機結合劑材料，它包含至少一種膠體粘土以及可用的金屬氧化物，金屬氧化物前體和它們的膠體中的至少一種。19.如權利要求1或2所述的方法，還進一步包括從紙漿制紙的造紙方法，該紙漿包含耐火陶瓷纖維，有機結合劑材料，金屬碳化物顆粒，可用的陶瓷前體顆粒和凝集劑；其中金屬碳化物顆粒以足夠的量存在，使得紙在所述的干燥，煅燒和燒成之后能吸收微波，該可用的陶瓷前體顆粒在燒成之后會形成高溫陶瓷，該凝結劑會使有機結合劑材料凝結到紙漿中的陶瓷纖維，金屬碳化物顆粒和陶瓷前體上，該有機結合劑材料會給紙賦于柔性和加工強度。20.一種生的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材，它包括兩張或多張形成為所述生基材的生的陶瓷纖維基紙，至少一張紙具有許多皺褶，每個皺褶都有一個頂，每張生的紙包含耐火陶瓷纖維，含有至少一種有機結合劑的有機材料與可用的有機纖維，所述一張紙的每個所述皺褶的頂與另外所述的紙結合形成具有許多管狀通道的兩張層合的紙，其中所述的生紙形成了所述生的基材的面積；一種浸漬所述生的基材的浸漬分散液，它包含一種無機結合劑材料與一種滲透劑，所述無機結合劑材料包含陶瓷組分，該陶瓷組分是陶瓷材料和陶瓷前體的至少一種，所述滲透劑是一種有機分子或聚合物，它足以降低所述浸漬分散液和所述生的基材的所述表面之間的界面能，因而使所述浸漬分散液潤濕并被吸收到所述生的紙中去，而無所述陶瓷組分在所述浸漬分散液中顯著的絮凝或顆粒分離的現(xiàn)象，其特征在于所述生的基材在硬化后可適用于燃燒裝置的排氣系統(tǒng)。21.如權利要求20所述的生的基材，其特征在于，所述滲透劑包含至少一種選自醇類，有機胺類，水溶性聚合物和水溶性大分子的化合物。22.一種生的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材，它包括兩張或多張形成為所述生基材的生的陶瓷纖維基紙，至少一張紙具有許多皺褶，每個皺褶都有一個頂，每張生的紙包含耐火陶瓷纖維，含有至少一種有機結合劑的有機材料與可用的有機纖維，所述一張紙的每個所述皺褶的頂與另外所述的紙結合形成具有許多管狀通道的兩張層合的紙，其中所述的生紙形成了所述生的基材的面積；一種浸漬所述生基材用的無機結合劑材料，所述無機結合劑材料包含至少一種納米粘土，其特征在于，所述生的基材是用于燃燒裝置的排氣系統(tǒng)的。23.如權利要求22所述的生的基材，其特征在于，所述無機結合劑材料還包含一種陶瓷組分，它包括碳化硅，勃姆石，膠態(tài)氧化鋯和膠態(tài)二氧化硅的至少一種，所述無機結合劑材料的存在量不得不可接受地降低所述基材在干燥，煅燒和燒成后的透氣性和均勻性。24.如權利要求22所述的生的基材，其特征在于，所述至少一種納米粘土材料帶有能促進所述納米粘土在所述陶瓷纖維上的吸附的電荷，當所述陶瓷纖維帶有相反電荷時。25.一種適用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的硬化陶瓷纖維基紙質(zhì)基材，所述紙質(zhì)基材包含包含耐火陶瓷纖維的陶瓷纖維基紙；陶瓷顆粒聚集物，其結合和位置使得在沿著所述耐火陶瓷纖維并在所述耐火陶瓷纖維交叉點的隔開位置上將所述耐火陶瓷纖維結合在一起，因而所述耐火陶瓷纖維盡管在所述紙張中，卻依然保留著絕大部分其原來的柔性。26.如權利要求25所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，透鏡狀或片狀的孔隙存在于所述紙的內(nèi)部，所述的孔隙的取向接近平行于紙平面。27.如權利要求26所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，所述孔隙的長軸的長度范圍為約50至約300微米，高度范圍為約10至約50微米。28.如權利要求25所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，所述的基材是一種壁流型基材，它適合于過濾廢氣。29.如權利要求25所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，所述的基材至少是壁流型基材和直通型基材中的一種。30.如權利要求25所述的硬化紙質(zhì)基材與一裝配材料和一外殼配合在一起，所述的基材置于所述外殼內(nèi)，所述裝配材料置于所述基材與所述外殼之間以形成一個基材組合件。31.如權利要求30所述的基材組合件與一有排氣系統(tǒng)的燃燒裝置配合在一起，所述基材組合件置于所述排氣系統(tǒng)中。32.如權利要求25或26所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，所述基材至少是過濾器元件和催化劑載體之一種，適用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)。33.如權利要求25或26所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，所述陶瓷顆粒包含源于至少一種納米粘土的顆粒。34.如權利要求25所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，在所述紙中所述耐火陶瓷纖維的大約60％以上，其取向在與紙平面平行的大約35°以內(nèi)。35.一種適用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的硬化陶瓷纖維基紙質(zhì)基材，所述紙質(zhì)基材包含包含耐火陶瓷纖維的陶瓷纖維基紙，陶瓷顆粒聚集物，其結合和位置使得將所述耐火陶瓷纖維結合在一起，所述陶瓷顆粒聚集物包含化學穩(wěn)定的β-方英石，它由蒙脫石粘土的熱解的顆粒形成。36.如權利要求35所述的硬化紙質(zhì)基材，其特征在于，所述的蒙脫石粘土是鈣蒙脫石粘土。37.制造化學穩(wěn)定的β-方英石的一種方法，它包括對蒙脫石粘土加熱。38.從熱解的蒙脫石粘土形成的化學穩(wěn)定的β-方英石。全文摘要將一種用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的纖維基紙質(zhì)基材硬化方法。在該方法中，用一浸漬分散液浸漬一種生的陶瓷纖維基紙質(zhì)基材。然后將浸漬過的基材干燥，煅燒和燒成以形成硬化適用于燃燒裝置排氣系統(tǒng)的基材。該硬化過程至少進行一遍，最好兩遍或多遍。該生的紙質(zhì)基材包含兩張或多張生的陶瓷纖維基紙，至少一張有皺褶，與另一張層合在一起形成許多管狀的通道。硬化基材包含以陶瓷纖維基紙和陶瓷顆粒聚集物形式存在的耐火陶瓷纖維。陶瓷顆粒聚集物被結合和位置使得在沿著耐火陶瓷纖維并在耐火陶瓷纖維交叉點的隔開位置上將耐火陶瓷纖維結合在一起，因而耐火陶瓷纖維盡管在紙張中，卻依然保留著絕大部分其原來的柔性。文檔編號B01D39/14GK1553885SQ02817539公開日2004年12月8日申請日期2002年7月3日優(yōu)先權日2001年7月6日發(fā)明者T·E·伍德,TE伍德,Z·譚申請人:3M創(chuàng)新有限公司