專利名稱：一種堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬于硅酸鹽材料、工業(yè)陶瓷領(lǐng)域，特別涉及汽車尾氣凈化用陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
汽車尾氣排放是大氣污染的主要原因。汽車尾氣的治理問(wèn)題，世界各國(guó)過(guò)去和現(xiàn)在均進(jìn)行了大量的研究。目前最有效的方法是采用“電噴技術(shù)加三元催化凈化”，其中三元催化凈化器的作用是使汽車尾氣通過(guò)催化劑的作用，使有害氣體(CO、HxCy、NOx)氧化還原成CO2、O2、H2O、N2等后排放到大氣中，達(dá)到凈化尾氣的作用。汽車尾氣三元催化凈化器是由陶瓷載體、催化劑、凈化器外殼三大件組成。載體采用蜂窩陶瓷，其單位面積的孔數(shù)、孔壁厚度及其理化性能(包括流動(dòng)阻力、熱震溫度、機(jī)械強(qiáng)度、吸水率等等)與凈化器的凈化效率、使用壽命有關(guān)。特別是載體的強(qiáng)度指標(biāo)，影響到三元催化凈化器的最終使用壽命，而三元催化凈化器在排氣管中碎裂將嚴(yán)重影響汽車的使用；在目前中國(guó)及亞洲地區(qū)的路況不如歐美地區(qū)的情況下，載體的強(qiáng)度要求特別受到重視。為確保蜂窩陶瓷載體在實(shí)際中的應(yīng)用，其應(yīng)當(dāng)具備以下特點(diǎn)1.具有足夠小的熱膨脹系數(shù)由于發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)及停止時(shí)溫度急劇變化，對(duì)載體的抗熱沖擊性能要求極高，因此，具有足夠小的熱膨脹的材料才能滿足劇烈的熱沖擊；2.具有良好的機(jī)械強(qiáng)度汽車在路上行駛時(shí)由于路面因素帶來(lái)的高速震動(dòng)使汽車排氣管受到較大的沖擊，同時(shí)，路上的小石塊等丟棄物也會(huì)對(duì)排氣管進(jìn)行撞擊，而一但載體發(fā)生破碎，會(huì)影響尾氣的排放，嚴(yán)重的會(huì)堵塞排氣管導(dǎo)致汽車無(wú)法行駛；3.穩(wěn)定可控的吸水率由于目前采用的催化劑一般是以貴金屬加稀土材料配制的溶液，催化劑涂敷在陶瓷載體表面，利用載體極大的表面積進(jìn)行催化作用，而催化劑在載體表面的涂敷數(shù)量是凈化器使用壽命的關(guān)鍵因素之一，因此，具有穩(wěn)定可控的吸水率可以保證載體催化劑的最終涂敷量的一致和穩(wěn)定；4.單位面積的孔數(shù)和孔壁厚度單位面積的孔數(shù)越多、孔壁越薄，其比表面積也越大，催化效果越好；目前，蜂窩陶瓷載體的生產(chǎn)工藝主要采用以粘土、滑石、氧化鋁等原料直接成型，或者采用部分合成的堇青石原料加粘土、滑石、氧化鋁直接成型(見(jiàn)表1)。該方法生產(chǎn)的蜂窩陶瓷載體的主要優(yōu)點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)較小、外型尺寸較易控制，但缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度較低、吸水率不易控制。相對(duì)來(lái)說(shuō)，該載體不太適合在中國(guó)及其它亞太國(guó)家等路況條件不佳的地區(qū)使用。
表1

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷及其制備方法，該堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷性能好，熱穩(wěn)定性好，耐壓強(qiáng)度高，吸水率穩(wěn)定可控，具有較高使用壽命。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為采用全合成堇青石原料，加入合適的粘和劑、燒失劑，經(jīng)過(guò)混合、陳腐、真空練泥、擠出、干燥，再經(jīng)燒制而成。
本發(fā)明的一種堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷，其采用的原料成分為(質(zhì)量百分比)粘土(氧化鋁≥30％)40～48％滑石(氧化鎂≥30％)32～38％氧化鋁(氧化鋁≥98％) 12～21％輕燒鎂粉(氧化鎂≥98％)5～10％。
本發(fā)明的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，包括如下步驟其原料成分為(質(zhì)量百分比)粘土(氧化鋁≥30％)40～48％滑石(氧化鎂≥30％)32～38％氧化鋁(氧化鋁≥98％) 12～21％輕燒鎂粉(氧化鎂≥98％)5～10％堇青石原料預(yù)合成，將上述原料混合，經(jīng)煅燒，煅燒溫度1350～1400℃，合成所得即為堇青石合成料；將煅燒預(yù)合成的堇青石原料細(xì)磨粉碎，加入粘和劑及燒失劑進(jìn)行混合；混合后的原料經(jīng)陳腐處理、真空練泥、成型、干燥、燒成，即可制得堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷。
其中，所述的粘土顆粒度＜5μm，滑石顆粒度＜325目，氧化鋁顆粒度＜500目，輕燒鎂粉顆粒度＜500目。
所述的堇青石粉料的粉碎后顆粒度小于300目。
所述的粘和劑外加量為11～16％，其包含油酸、亞油酸、甲基纖維素；所述的燒失劑包括甲基纖維素、糊精中的一種或一種以上。
另，堇青石原料細(xì)磨粉碎混合時(shí)還可加入增塑劑，如PVA、桐油中的一種或一種以上。成型工藝采用擠出成型；干燥方法采用遠(yuǎn)紅外隧道式定型干燥與箱式干燥爐結(jié)合。
由于該產(chǎn)品蜂窩狀的結(jié)構(gòu)使坯體內(nèi)部水分?jǐn)U散速度與表面水分的蒸發(fā)速度不同，采用遠(yuǎn)紅外隧道式干燥，通過(guò)遠(yuǎn)紅外燈管的合理布局，使熱能的紅外同時(shí)輻射到蜂窩狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部表面和產(chǎn)品的外表面，以使水分快速加熱蒸發(fā)，使產(chǎn)品外形得到保證，產(chǎn)品外形完整；再采用箱式干燥爐使產(chǎn)品內(nèi)部熱能均勻，使水分緩慢蒸發(fā)，保證了產(chǎn)品的充分干燥。
干燥后燒成的燒成溫度1280～1320℃。
成型工藝中的陳腐處理過(guò)程是由于合成堇青石是一種瘠性材料，為增加其塑性，而添加了甲基纖維素、油酸、亞油酸、PVA等，這些成分在混合過(guò)程中無(wú)法很快達(dá)到均勻分布，因而采用陳腐處理可使水分及油性結(jié)合劑均勻分布，使堇青石原料較好的被結(jié)合劑包裹好，達(dá)到增加材料塑性的目的。
成型工藝中的真空練泥的目的是將堇青石泥團(tuán)中的氣體排除、并使泥團(tuán)中的水分進(jìn)一步均勻。
本發(fā)明利用預(yù)合成的堇青石原料的成分穩(wěn)定可控、燒成收縮小等優(yōu)點(diǎn)，使制得的蜂窩陶瓷具有強(qiáng)度高、吸水率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。由于預(yù)合成的堇青石原料在成品燒結(jié)過(guò)程中的收縮小，因而其吸水率(也就是制品的顯氣孔率)的控制主要通過(guò)燒失劑和粘和劑的數(shù)量及成分來(lái)控制，所以可以針對(duì)不同產(chǎn)品來(lái)選擇；由于純堇青石材料的燒成溫度非常窄，僅有20℃燒成溫度過(guò)高或過(guò)低而預(yù)合成的堇青石原料在成型前即可確定其堇青石相成分的比例，因而在選擇燒成溫度時(shí)可以預(yù)先確定并加以控制，使得產(chǎn)品的強(qiáng)度達(dá)到最大化。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案制成的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷強(qiáng)度高、吸水率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在道路狀況不佳的國(guó)家的汽車上使用，具有較長(zhǎng)的使用壽命。目前在國(guó)內(nèi)新車上使用壽命達(dá)8萬(wàn)公里以上。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例見(jiàn)表2，其制備方法是(參見(jiàn)圖1)將原料按規(guī)定配比、細(xì)度先進(jìn)行預(yù)合成配料→球磨混合→濾泥→真空練泥→干燥→煅燒→細(xì)磨，通過(guò)以上步驟所得即為堇青石預(yù)合成料；將預(yù)合成的堇青石原料加入含亞油酸、油酸、甲基纖維素組成的粘和劑，經(jīng)過(guò)混合→陳腐→真空練泥→擠出→干燥→燒成，即可。
表2

堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的物理性能見(jiàn)表3，根據(jù)大量的數(shù)據(jù)分析，在本發(fā)明設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，產(chǎn)品的性能指標(biāo)在一定的可控范圍內(nèi)波動(dòng)，而且該指標(biāo)遠(yuǎn)高于由全生料(即直接由粘土、滑石、氧化鋁等)、部分生料加部分預(yù)合成堇青石原料制得的產(chǎn)品，而產(chǎn)品的熱膨脹系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)也較為理想。
表3

權(quán)利要求
1.一種堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷，其采用的原料成分為(質(zhì)量百分比)粘土(氧化鋁≥30％)40～48％滑石(氧化鎂≥30％)32～38％氧化鋁(氧化鋁≥98％) 12～21％輕燒鎂粉(氧化鎂≥98％)5～10％。
2.一種堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，包括如下步驟其原料成分為(質(zhì)量百分比)粘土(氧化鋁≥30％)40～48％滑石(氧化鎂≥30％)32～38％氧化鋁(氧化鋁≥98％) 12～21％輕燒鎂粉(氧化鎂≥98％)5～10％預(yù)合成，將上述原料混合，經(jīng)煅燒，煅燒溫度1350～1400℃，合成所得即為堇青石合成料；將煅燒合成的堇青石原料細(xì)磨粉碎，加入粘和劑及燒失劑進(jìn)行混合；混合后的原料經(jīng)陳腐處理、真空練泥、成型、干燥、燒成，即可制得堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷。
3.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，所述的粘土顆粒度＜5μm，滑石顆粒度＜325目，氧化鋁顆粒度＜500目，輕燒鎂粉顆粒度＜500目。
4.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，所述的堇青石粉料的細(xì)磨粉碎后顆粒度小于300目。
5.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，所述的粘和劑包含油酸、亞油酸、甲基纖維素。
6.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，所述的燒失劑包括甲基纖維素、糊精中的一種或一種以上。
7.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，堇青石原料細(xì)磨粉碎混合時(shí)還可加入增塑劑，如PVA、桐油中的一種或一種以上。
8.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，成型工序采用擠出成型。
9.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，干燥方法采用遠(yuǎn)紅外隧道式定型干燥與箱式干燥爐結(jié)合。
10.如權(quán)利要求2所述的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的制備方法，其特征是，燒成溫度1280～1320℃。
全文摘要
一種堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷，它是以合成堇青石原料加入粘和劑、燒失劑，經(jīng)混合拌料、練泥、擠出、干燥，在1280～1320℃燒制而成。其特征在于成型時(shí)采用的原料是全合成堇青石原料，成型工藝為擠出工藝，干燥采用隧道式定型干燥與箱式干燥爐結(jié)合。其制備方法包括如下步驟將粘土、滑石、氧化鋁、輕燒鎂粉在球磨中濕磨至小于320目的粉粒，球磨后的粉料經(jīng)壓濾及真空練泥后成為泥塊，坯體在倒焰窯中合成即為堇青石材料；然后將合成后的堇青石再度細(xì)磨到所需粒度；再將細(xì)磨后的堇青石粉料加入以MC或PVA為主要成分的粘和劑，經(jīng)擠出成型的工藝流程，即可生產(chǎn)出蜂窩陶瓷。主要應(yīng)用于汽車尾氣催化凈化、工業(yè)窯爐除塵蓄熱、石油催化裂化等行業(yè)。
文檔編號(hào)C04B38/06GK1730431SQ20041005355
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者胡麗華, 俞浩 申請(qǐng)人:上海申泰無(wú)機(jī)新材料有限公司