專利名稱：：交聯(lián)生坯體制品以及用其制造多孔陶瓷制品的方法交聯(lián)生坯體制品以及用其制造多孔陶瓷制品的方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及多孔陶瓷制品，尤其涉及具有高孔隙度的陶瓷制品以及制造此類高孔隙度陶瓷制品的方法。
背景技術(shù)：
：對(duì)陶瓷材料的加工往往得到孔隙度至少在5%以上的最終產(chǎn)品。較高孔隙度為特定應(yīng)用所期望，比如用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣轉(zhuǎn)化器、鍋爐燃燒元件、液體燃料或氣體燃料的重整裝置、以及用于水或污水的凈化系統(tǒng)。為了確保大表面積，在這些應(yīng)用中使用的許多高孔隙度陶瓷制品具有蜂窩結(jié)構(gòu)。高孔隙度陶瓷制品所具有的總孔隙度在大約20%以上。例如，市場(chǎng)上的高孔隙度過濾器的孔隙度約為40-65%。高孔隙度可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)將成孔劑與陶瓷形成無機(jī)批料、粘合劑和加工助劑混合形成塑化批料，將該塑化批料制成生坯體，以及將該生坯體燒制形成陶瓷制品。成孔劑一般被用來增加孔的數(shù)量并控制多孔陶瓷制品中的孔大小和容積。在孔隙度較高的制品中，所需要的成孔劑數(shù)量增加。其結(jié)果是，在干燥和燒制步驟中，裂紋就更成問題了。因此，制造高孔隙度陶瓷制品的結(jié)果可能是產(chǎn)率低下。干燥產(chǎn)率是在干燥處理之后未發(fā)生顯著裂紋或變形的生坯體的百分比。類似地，燒制產(chǎn)率是在燒制處理之后未發(fā)生顯著裂紋或變形的燒制體的百分比。顯然，高干燥產(chǎn)率和燒制產(chǎn)率能降低制造成本，提高效率，因此是人們孜孜以求的。成孔劑包括含碳化合物，比如石墨、淀粉、以及各種在生坯體的燒制過程中會(huì)揮發(fā)的有機(jī)聚合物和樹脂。成孔劑還包括發(fā)泡劑以及無機(jī)的中空顆粒，比如氧化硅微球。成孔劑的用量取決于所期望的最終陶瓷制品的孔隙度。例如，孔隙度約為30%的蜂窩陶瓷制品可以用包含100重量份陶瓷形成粉末、最多30重量份的有機(jī)成孔劑、以及足量的諸如水等賦形劑(vehicle)的生坯體制造。在燒制過程中，有機(jī)成孔劑揮發(fā)，在最終產(chǎn)品中留下空的空間，即孔?？状蟠蟮靥岣吡酥破返谋砻娣e，甚至提高了制品的耐熱沖擊性。在微粒壁流式過濾器應(yīng)用中，孔隙提供了用于從流體流中過濾微粒的互連流路。淀粉與石墨被用作成孔劑。干燥包括這些成孔劑的生坯體制品要求低度加熱。淀粉在相當(dāng)?shù)偷臏囟染蛙浕?，大約是在8(TC左右，淀粉比例高的生坯體會(huì)在干燥過程中枬落，由此降低干燥產(chǎn)率。所提議的一個(gè)解決方案是先將淀粉交聯(lián)后再加入到混合物中去。這樣可以提高淀粉的軟化點(diǎn)并減少坍落。然而，這樣做卻對(duì)提高生坯體的強(qiáng)度或者減少裂紋毫無益處。石墨在干燥過程中不會(huì)軟化。然而，如果在干燥過程中使用微波輻射，石墨會(huì)快速地變熱，導(dǎo)致裂紋。因此，每一種成孔劑都有其自身缺陷。在某些應(yīng)用中，需要較高孔隙度的陶瓷制品。例如，柴油機(jī)卡車廢氣系統(tǒng)中的高孔隙度陶瓷過濾器既可以提高過濾器的壽命又可以降低過濾器上產(chǎn)生的壓降，由此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率。制造商希望生產(chǎn)出孔隙度很高的陶瓷制品，即，孔隙度在50%以上，優(yōu)選在60%以上，最好在65%以上。然而，在維持可以接受的干燥產(chǎn)率和燒制產(chǎn)率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)這樣高的孔隙度是一個(gè)挑戰(zhàn)?？紫抖容^高一般意味著成孔劑較多，可能使生坯體中的陶瓷壁變薄，強(qiáng)度下降，一般會(huì)降低干燥產(chǎn)率?，F(xiàn)有技術(shù)在提高高孔隙度陶瓷制品的干燥產(chǎn)率方面的解決方案包括極其漫長(zhǎng)的干燥周期和在高潮濕度條件下進(jìn)行干燥。這兩種方案對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制造工藝產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重地降低制造速度。就此而言，需要一種高孔隙度陶瓷制品以及一種制造此類陶瓷制品以期減少生坯體裂紋的方法。較佳地，有關(guān)產(chǎn)品和方法應(yīng)與現(xiàn)有制造工藝兼容。發(fā)明概述本發(fā)明描述一種高孔隙度陶瓷制品及其制造方法。該制品的總孔隙度5至少在55%左右，優(yōu)選在60%以上，最好在65%以上。該制造方法降低干燥過程中裂紋的可能性。在一個(gè)廣泛的方面，該制造方法包括將陶瓷形成粉末、可交聯(lián)成孔劑、水、以及交聯(lián)劑混合。交聯(lián)劑不應(yīng)只是與成孔劑混合，而應(yīng)當(dāng)充分分散于生坯體之中。在干燥過程中，交聯(lián)劑與成孔劑發(fā)生反應(yīng)，由此在生坯體內(nèi)形成一個(gè)強(qiáng)化生坯體并減少裂紋的網(wǎng)絡(luò)。干燥處理去除生坯體中的水分，這促使成孔劑與交聯(lián)劑之間發(fā)生縮合反應(yīng)。不需要特殊的干燥條件或者延長(zhǎng)停留時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方式中，成孔劑可以包括有機(jī)化合物。有機(jī)成孔劑可以具有反應(yīng)性部分，比如羥基。在干燥過程中，交聯(lián)劑能夠與該反應(yīng)性部分反應(yīng)在生坯體中形成網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)更具體的實(shí)施方式中，有機(jī)成孔劑包括淀粉或纖維素醚，比如Methocel,而交聯(lián)劑包括酰胺官能團(tuán)，比如環(huán)狀酰胺縮合物。在干燥過程中，羥基與酰胺基發(fā)生縮合反應(yīng)，在生坯體中產(chǎn)生交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)并減少其開裂。干燥產(chǎn)率大大提高，所以高孔隙度制品得以經(jīng)濟(jì)實(shí)用。發(fā)明詳述本發(fā)明的制品包括孔隙度在55%以上，在60%以上，甚至于在65%以上的陶瓷制品。這種制品可以通過本發(fā)明的方法制作。本發(fā)明的方法包括將陶瓷形成粉末、可交聯(lián)成孔劑、交聯(lián)劑、以及水混合在一起；將該混合物制成生坯體；將生坯體干燥，其中所述成孔劑與交聯(lián)劑反應(yīng)在生坯體中形成網(wǎng)絡(luò)；以及燒制該生坯體，獲得最終制品。在干燥過程中，優(yōu)選將基本上所有的水分除去。有利地，可以向混合物中添加第二成孔劑，以進(jìn)一步提高制品的總孔隙度。陶瓷形成粉末可包含對(duì)應(yīng)用合適的任何陶瓷形成化合物或化合物的混合物，可以包括氧化鋁或其他氧化鋁形成源、氧化硅或其他氧化硅形成源、粘土、氧化鋯、氧化鎂或氧化鎂形成源、硅酸鹽、尖晶石、沸石、氧化鈦、AT、氮化硅和碳化硅、以及它們的混合物。形成堇青石陶瓷制品時(shí)，可以利用包含氧化硅、氧化鋁和氧化鎂的形成源的混合物的批料。"粉末"是指任何合宜的粒度。粒度通常在50納米到5000微米的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，針對(duì)特定應(yīng)用的陶瓷粉末的組成等。可交聯(lián)成孔劑包含具有能夠在干燥過程中與交聯(lián)劑反應(yīng)的部分的有機(jī)或無機(jī)化合物。干燥處理是指從生坯體中去除基本上所有的水分。在干燥之前，生坯體可以包含20重量％以上的水。在干燥即顯著地去除水分之后，生坯體優(yōu)選具有約2重量％以下的水分。典型的干燥溫度在100。C以上，往往是在約100-140。C的范圍內(nèi)。交聯(lián)反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在形成生坯體之后，優(yōu)選在干燥過程中發(fā)生。在形成生坯體之前或者在干燥之后交聯(lián)對(duì)于減少裂紋就不那么有效了。為了制造高孔隙度陶瓷制品，第二成孔劑可能是有益的。從這一方面說，可交聯(lián)成孔劑是淀粉時(shí)，石墨是可用的。有機(jī)成孔劑包括含羥基的化合物，比如淀粉和活化纖維素化合物。后者之示例包括陶氏化學(xué)公司(DowChemicalCompany)以Methocel品牌銷售的甲基纖維素和甲基纖維素醚。有機(jī)成孔劑在工藝的燒制階段會(huì)揮發(fā)，由此在制品中留下孔隙。無機(jī)成孔劑包括陶瓷微球，比如中空氧化硅球。作為例子，總孔隙度在60%以上，例如約65%的陶瓷制品可以用約40重量％以上，例如約50重量％的有機(jī)成孔劑來制造。交聯(lián)劑必須與可交聯(lián)成孔劑反應(yīng)，但還應(yīng)當(dāng)散布于生坯體之中。至少微溶于水的交聯(lián)劑可以非常好地滿足該項(xiàng)要求。合宜地，交聯(lián)劑還可以充當(dāng)粘合劑。最理想的是，交聯(lián)劑不應(yīng)當(dāng)形成一個(gè)不連續(xù)相，或者僅僅與成孔劑混合。在干燥過程中，分散的交聯(lián)劑與成孔劑發(fā)生反應(yīng)，由此在整個(gè)生坯體中形成一個(gè)交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。該交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)降低了生坯體在干燥過程中發(fā)生裂紋的趨勢(shì)。可交聯(lián)成孔劑將確定所使用的交聯(lián)劑。有羥基官能團(tuán)的有機(jī)成孔劑可以與含酰胺基的交聯(lián)劑進(jìn)行縮合反應(yīng)。對(duì)于各種無機(jī)成孔劑而言，硅垸是行之有效的。有一點(diǎn)很重要，干燥過程應(yīng)當(dāng)誘發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。在本發(fā)明中，從生坯體中去除水分對(duì)成孔劑與交聯(lián)劑之間的縮合交聯(lián)反應(yīng)有促進(jìn)作用。本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式包括一種包含陶瓷形成粉末、淀粉、含酰胺基的交聯(lián)劑、以及水的混合物。諸成份的比例將根據(jù)制品的期望的總孔7隙度而變。將諸成份混合在一起并形成生坯體。干燥在100-140°C之間進(jìn)行。在干燥過程中，淀粉的羥基與交聯(lián)劑的酰胺基縮合，在干燥的生坯體內(nèi)形成網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)減少了干燥過程中的開裂。并不想受這一解釋的約束，交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)提高生坯體的強(qiáng)度，故而裂紋的蔓延受到抑制，特別是在干燥過程中。交聯(lián)劑的用量一般要足以產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)。如果有效分散，用量可以很低。例如，凝膠型網(wǎng)絡(luò)可以產(chǎn)生于其中交聯(lián)劑占0.1重量％以下的原料中。實(shí)驗(yàn)表明，如果淀粉是可交聯(lián)成孔劑，交聯(lián)劑可以是淀粉的O.1-0.6重量％，1-5重量％，甚至2-4重量％。實(shí)施例制備兩種混合物，詳述如下。除干燥產(chǎn)率外，所有數(shù)值是干燥前混合物中的重量百分?jǐn)?shù)。除了在混合物A中添加了少量的交聯(lián)劑之外，混合物是相同的。將這兩種混合物制成生坯體，然后在100-140°C之間的溫度進(jìn)行干燥，直至水含量低于約1%。干燥產(chǎn)率，即生坯體在干燥后沒有產(chǎn)生有害裂紋的百分比，從不交聯(lián)的混合物B的50%提高到了根據(jù)本發(fā)明制備的交聯(lián)的混合物A的92%。從諸混合物獲取的燒制陶瓷制品的總孔隙度為約62%。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種制備高孔隙度陶瓷制品的方法，包括以下步驟將陶瓷粉末、可交聯(lián)成孔劑、交聯(lián)劑、以及水混合；將所述混合物形成生坯體；干燥所述生坯體，以將基本上所有水分去除，在此過程中所述成孔劑與交聯(lián)劑反應(yīng)，在所述生坯體中形成網(wǎng)絡(luò)；以及燒制所述生坯體，以獲取孔隙度至少為55％的陶瓷制品。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成孔劑和交聯(lián)劑以縮合反應(yīng)的方式發(fā)生反應(yīng)。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述可交聯(lián)成孔劑具有羥基。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述可交聯(lián)成孔劑選自下組淀粉、活化纖維素和它們的混合物。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑具有酰胺基。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末選自下組氧化鋁、氧化硅、粘土、氧化鋯、氧化鎂、硅酸鹽、尖晶石、沸石、氧化鈦、AT、氮化硅和碳化硅、以及它們的混合物。7.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末的粒度在50納米至5000微米。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合步驟包括第二成孔劑。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述生坯體進(jìn)行燒制，以獲取孔隙度至少為約60%的陶瓷制品。10.—種制備高孔隙度陶瓷制品的方法，包括以下步驟將陶瓷粉末、淀粉、含酰胺基的交聯(lián)劑、以及水混合；將所述混合物形成生坯體；干燥所述生坯體，以將基本上所有水分去除，在此過程中淀粉與交聯(lián)劑進(jìn)行縮合反應(yīng)，在所述生坯體中形成網(wǎng)絡(luò)；以及燒制所述生坯體，以獲取陶瓷制品。11.如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述含酰胺基交聯(lián)劑用量為淀粉的0.1-6重量％。12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述混合步驟包括第二成孔劑。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二成孔劑包括石墨。14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述干燥生坯體的步驟從生坯體中除去基本上所有的水分。15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，陶瓷制品的總孔隙度至少是約55%。16.—種由包括以下步驟的方法制備的多孔陶瓷制品將陶瓷粉末、淀粉、含酰胺基的交聯(lián)劑、以及水混合形成混合物；將所述混合物形成生坯體；將所述生坯體干燥，其中淀粉與含酰胺基交聯(lián)劑進(jìn)行縮合反應(yīng)，在所述生坯體中形成網(wǎng)絡(luò)；以及燒制所述生坯體，以獲取孔隙度至少為55%的陶瓷制品。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述干燥步驟從生坯體中除去基本上所有的水分。18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述混合步驟還包括石墨。全文摘要揭示了一種高孔隙度陶瓷制品及其制造方法以及中間產(chǎn)品干燥的蜂窩生坯體制品。該制品的總孔隙度至少在55％左右，在60％以上，甚至在65％以上。制造方法包括將陶瓷形成粉末、有機(jī)成孔劑、水、以及交聯(lián)劑混合。干燥過程使成孔劑與交聯(lián)劑之間發(fā)生縮合反應(yīng)，由此在生坯體內(nèi)形成增強(qiáng)生坯體并減少裂紋的網(wǎng)絡(luò)。成孔劑包括淀粉或活化纖維素混合物。還可以包括第二成孔劑，比如石墨。文檔編號(hào)C04B38/06GK101595076SQ200880003198公開日2009年12月2日申請(qǐng)日期2008年1月23日優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日發(fā)明者J·王,S·B·奧古米,繆衛(wèi)國(guó)申請(qǐng)人:康寧股份有限公司