專利名稱：使用蛋白質(zhì)材料制造陶瓷制品的方法
使用蛋白質(zhì)材料制造陶瓷制品的方法相關(guān)申請的交叉參考本申請要求于2008年4月2日提交的美國臨時申請第12/080，371號的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及使用如蛋白質(zhì)或含蛋白質(zhì)化合物的蛋白質(zhì)材料制造陶瓷制品的方法， 還涉及形成包含蛋白質(zhì)或含蛋白質(zhì)化合物的批料混合物或生坯體的方法。
背景技術(shù)：
陶瓷體可以通過在高溫條件下加熱各種無機粉末的混合物的方式形成。在高溫或應(yīng)力環(huán)境中使用的陶瓷體通常采用以下方式制備首先形成無機粉末、 粘結(jié)劑和液體的增塑的(“塑性”)混合物。然后，將增塑的混合物成形為生坯體，之后在高 溫下加熱生坯體形成陶瓷。發(fā)明概述本發(fā)明涉及使用如蛋白質(zhì)或含蛋白質(zhì)化合物的蛋白質(zhì)材料制造陶瓷制品的方法， 還涉及形成包含蛋白質(zhì)或含蛋白質(zhì)化合物的批料混合物或生坯體的方法。在一個方面，本發(fā)明揭示一種制備陶瓷構(gòu)成的制品的方法，該方法包括將至少一 種陶瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑混合形成增塑的混合物，其中，該粘結(jié)劑包含至少 一種蛋白質(zhì)材料，由該增塑的混合物形成生坯體。在一些實施方式中，將所述增塑的混合物 擠出形成生坯體。在另一個方面，本發(fā)明揭示一種制備陶瓷制品的方法，該方法包括將至少一種陶 瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑混合形成增塑的混合物，其中，該粘結(jié)劑包含至少一種 蛋白質(zhì)材料；將該增塑的混合物成形為生坯體；在一定溫度下加熱生坯體一定的時間，足 以使生坯體轉(zhuǎn)化為陶瓷制品。在另一個方面，本發(fā)明揭示一種用于形成陶瓷構(gòu)成的制品的生坯體，該生坯體包 含至少一種陶瓷前體無機組分和至少一種蛋白質(zhì)材料。本發(fā)明揭示無機材料的增塑的混合物，該混合物能更容易地成形為高體積比的生 坯體，且生坯體可用于最終形成高度耐久性的陶瓷基材。該混合物通過使用能阻止高溫時 明顯的粘度變化的粘結(jié)劑幫助減輕相關(guān)的各種問題。發(fā)明詳述在一個方面，本發(fā)明揭示一種制備陶瓷構(gòu)成的制品的方法，該方法包括將至少一 種陶瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑混合形成增塑的混合物，其中，該粘結(jié)劑包含至少 一種蛋白質(zhì)材料，由該增塑的混合物形成生坯體。生坯體指未燒制體，可以是經(jīng)過干燥的或 者是濕的。在批料或生坯體中，陶瓷前體可以是形成陶瓷的組分或者是陶瓷本身。陶瓷前 體可包含例如氧化物源，如氧化硅源或氧化鋁源，或者陶瓷如多鋁紅柱石。在一些實施方式 中，將所述增塑的混合物擠出形成生坯體。在一些實施方式中，增塑的混合物的Twij至少 為25°C。在一些實施方式中，增塑的混合物在剪切條件下成形，形成濕強度至少為1.9噸/平方英尺的生坯體。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料選自下組麩質(zhì)、麩朊、麥谷蛋白、球蛋 白和胚乳。在一些實施方式中，以混合物總重量為基準(zhǔn)計，混合物包含小于25重量％的水。 在一些實施方式中，在加熱生坯體時無機組分形成陶瓷，其中，所述陶瓷選自下組堇青石、 多鋁紅柱石、氧化鋁、磷酸鋯、碳化硅、氮化硅、氧化硅和鈦酸鋁。在一些實施方式中，無機組 分反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物，其中，陶瓷是該反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物。在一些實施方式中，加熱過程包括 固化或燒結(jié)。在一些實施方式中，無機組分包括氧化硅、氧化鋁或氧化鈦的來源，或者它們 的組合。在一些實施方式中，混合物包含Mg0、Al203或SiO2的來源，或者它們的組合。在一 些實施方式中，混合物通過單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機擠出，生坯體的濕強度至少為2. 0 噸/平方英尺。較好地，加熱生坯體形成陶瓷。在一些實施方式中，粘結(jié)劑還包括甲基纖維 素。在一些實施方式中，粘結(jié)劑包括麩質(zhì)和甲基纖維素。在另一個方面，本發(fā)明揭示一種制備陶瓷制品的方法，該方法包括將至少一種陶 瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑混合形成增塑的混合物，其中，該粘結(jié)劑包含至少一種 蛋白質(zhì)材料；將該增塑的混合物成形為生坯體；在一定溫度下加熱生坯體一定的時間，足 以使生坯體轉(zhuǎn)化為陶瓷制品。在一些實施方式中，陶瓷制品包含堇青石、鈦酸鋁或SiC，或 者它們的組合。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料選自下組麩質(zhì)、麩朊、麥谷蛋白、球蛋白和 胚乳。在一些實施方式中，粘結(jié)劑還包括甲基纖維素。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料是麩 質(zhì)。在一些實施方式中，成形步驟包括將增塑的混合物擠出為蜂窩體擠出物。在另一個方面，本發(fā)明揭示一種用于形成陶瓷構(gòu)成的制品的生坯體，該生坯體包 含至少一種陶瓷前體(形成陶瓷)的無機組分和至少一種蛋白質(zhì)材料。在一些實施方式中， 生坯體具有蜂窩體結(jié)構(gòu)?？梢灾圃煊糜谥苽涮沾刹牧系纳黧w。所述生坯體通過以下方式形成首先將材 料批料混合在一起，該材料批料包含至少一種陶瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑，所述 粘結(jié)劑包含至少一種蛋白質(zhì)材料。將材料批料與液體溶劑如水混合，按照這種方式形成增 塑的混合物。然后將該增塑的混合物成形為生坯體。較好地，將生坯體干燥，然后加熱該干 燥的材料以形成燒結(jié)的陶瓷材料。使用包含蛋白質(zhì)材料的粘結(jié)劑形成增塑的混合物能夠使該增塑的混合物以高速 率成形為生坯體，因為這種粘結(jié)劑能特別耐受形成生坯體時的熱積累。例如，以高速率成形 為生坯體，例如通過擠出成形為生坯體時，粘結(jié)劑隨成形過程中產(chǎn)生的溫度而成為高粘度 的可能性較小。因此，能以高速率擠出增塑的混合物而不會成為極端粘性的，因而降低對高 壓的需求，而在以高流速形成生坯體時常需要高壓條件。一般而言，“增塑的混合物”是可以例如通過擠出成形的完全的組分混合物，其包 含無機組分、粘結(jié)劑和液體介質(zhì)或溶劑，并任選包含一種或多種成孔劑或潤滑劑，或者兩 者。在一些實施方式中，增塑的混合物包含無機組分、粘結(jié)劑、液體介質(zhì)如水、一種或多種成 孔劑和一種或多種潤滑劑?！霸鏊艿摹北硎驹摶旌衔锍浞指稍镆员ＷC塑性。即，混合物應(yīng)不含 太多的液體，特別是溶劑，因此該材料可以達(dá)到適當(dāng)增塑的狀態(tài)。通過控制添加的液體量或 者使混合物具有過量的溶劑，從而在干燥該混合物之后提供塑性的方式可獲得塑性。增塑 的混合物能容易地成形為生坯體。在充分剪切條件下，生坯體可顯示高度的剛性，與不包含 蛋白質(zhì)材料的粘結(jié)劑形成的混合物相比，所述生坯體在施加剪切時粘度的增大相對較低。在一個實施方式中，無機組分是選自下組的粉末堇青石、多鋁紅柱石、氧化鋁、磷酸鋯、碳化硅、氮化硅和鈦酸鋁。在一些實施方式中，增塑的混合物包含至少一種無機粉末， 該粉末包含至少一種選自下組的化合物的來源Al203、&02、Si，SiC、Si3N4，、Si02、Zn0、B203、 BaO、La2O3> Ti02、B2O3 和 P2O5。在一個實施方式中，用于形成增塑的混合物的無機粉末包含至少一種加熱時形成 鈦酸鋁的粉末的來源；在這些實施方式中，無機粉末優(yōu)選包含氧化硅、氧化鋁和氧化鈦的來 源。在另一個實施方式中，用于形成增塑的混合物的無機粉末包含至少一種加熱時形 成堇青石的粉末的來源；在這些實施方式中，無機粉末優(yōu)選包含Mg0、Al203和S^2的來源。在優(yōu)選實施方式中，無機粉末包含氧化鋁(Al2O3)源；在這樣的一些實施方式中， 以增塑的混合物的總重量為基準(zhǔn)計，增塑的混合物優(yōu)選包含10-55重量％的氧化鋁，更優(yōu) 選包含15-50重量％的氧化鋁，更優(yōu)選包含20-40重量％的氧化鋁。在一些實施方式中，無機粉末包含氧化鈦源；在這樣的一些實施方式中，以增塑 的混合物的總重量為基準(zhǔn)計，增塑的混合物優(yōu)選包含10-40重量％的氧化鈦，更優(yōu)選包含 15-35重量％的氧化鈦，更優(yōu)選包含20-30重量％的氧化鈦。在一組實施方式中，將增塑的 混合物成形為生坯體，然后燒制形成由鈦酸鋁構(gòu)成的陶瓷制品，如在US 7, 001, 861 (Beall 等)中所述。在一些實施方式中，無機粉末包含MgO源；在這樣的一些實施方式中，以增塑的混 合物的總重量為基準(zhǔn)計，增塑的混合物優(yōu)選包含4-25重量％的MgO，更優(yōu)選包含5-20重 量％的MgO，更優(yōu)選包含6-15重量％的1%0。在一些實施方式中，混合物包含MgO;在這樣的一些實施方式中，至少一部分的 MgO被至少一種選自下組的化合物取代AiCKCoOJeCKMnO和Ti02。在一些實施方式中，無機粉末包含氧化硅(SiO2)源；在這樣的一些實施方式中，以 增塑的混合物總重量為基準(zhǔn)，增塑的混合物包含2-15重量％的氧化硅源；在這樣的一些實 施方式中，增塑的混合物包含3-12重量％的氧化硅源；在這樣的一些實施方式中，增塑的 混合物包含4-10重量％的氧化硅源。在一組實施方式中，批料中存在這些比例的氧化硅 源，所述批料包含氧化硅、氧化鋁和氧化鈦的來源。在其他實施方式中，以增塑的混合物的總重量為基準(zhǔn)，所述增塑的混合物包含 25-55重量％的氧化硅(SiO2)；在這樣的一些實施方式中，增塑的混合物包含觀-50重量％ 的氧化硅；在這樣的一些實施方式中，增塑的混合物包含30-45重量％的氧化硅。在一組實 施方式中，批料中存在這些比例的氧化硅源，所述批料包含Mg0、Al203和SW2的來源。所述粘結(jié)劑包括蛋白質(zhì)材料。蛋白質(zhì)材料選自下組蛋白質(zhì)、含蛋白質(zhì)化合物以 及它們的組合。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料只包含一種蛋白質(zhì)。在一些實施方式中，蛋 白質(zhì)材料只包含一種含蛋白質(zhì)的化合物，例如麩質(zhì)。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料只包含 一種蛋白質(zhì)和一種含蛋白質(zhì)的化合物。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料只由一種蛋白質(zhì)組 成。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料只由一種含蛋白質(zhì)的化合物例如麩質(zhì)組成。在一些實 施方式中，蛋白質(zhì)材料只由一種蛋白質(zhì)和一種含蛋白質(zhì)的化合物組成。在一些實施方式中， 粘結(jié)劑還包含非蛋白質(zhì)材料，例如，纖維素基化合物，例如甲基纖維素。在一些實施方式中， 作為全部批料的無機組分的追加量，粘結(jié)劑含量為2-8重量％ ；在一些實施方式中，粘結(jié)劑 含量為3-6重量％ ；在一些實施方式中，粘結(jié)劑含量為3. 5-5重量％。在一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量大于25重量％ ；在一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量大 于40重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量大于50重量％ ；在這樣 的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量大于75重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘 結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量大于90重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含 量大于95重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量為100重量％。在 一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量小于75重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié) 劑的蛋白質(zhì)材料含量小于60重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量 小于50重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量小于40重量％ ；在這 樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量小于25重量％。在一些實施方式中，粘結(jié) 劑的蛋白質(zhì)材料含量為25-75重量在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量 為30-70重量在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑的蛋白質(zhì)材料含量為40-60重量％。在 一個實施方式中，粘結(jié)劑包含2. 25重量％的甲基纖維素和2. 25重量％的麩質(zhì)，按照為無機 批料材料的追加的重量％表示。在另一個實施方式中，粘結(jié)劑包含1.0重量％的甲基纖維 素和3. 5重量％的麩質(zhì)，按照為無機批料材料的追加的重量％表示。粘結(jié)劑應(yīng)包含足夠的蛋白質(zhì)材料，以有效形成或控制增塑的混合物的膠凝，或者 更具體是控制增塑的混合物膠凝的開始(由膠凝初始溫度Twij表示)。在一些實施方式中， 以粘結(jié)劑總重量為基準(zhǔn)計，粘結(jié)劑包含至少10重量％的蛋白質(zhì)材料；在這樣的一些實施方 式中，粘結(jié)劑包含至少20重量％的蛋白質(zhì)材料；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑包含至 少25重量％的蛋白質(zhì)材料。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料具有高分子量；在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料的 分子量至少為5kD ；在這樣的一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料的分子量至少為IOkD ；在這樣的 一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料的分子量至少為20kD。蛋白質(zhì)材料的分子量不應(yīng)高至?xí)谏黧w成形方面對粘度產(chǎn)生不利影響。在一些 實施方式中，蛋白質(zhì)材料的分子量不大于1，OOOkD;在這樣的一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料 的分子量不大于900kD ；在這樣的一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料的分子量不大于800kD。含蛋白質(zhì)材料的粘結(jié)劑在升高的溫度下具有較高的抵抗膠凝的能力。通常，膠凝 溫度定義為粘結(jié)劑組分經(jīng)歷熱轉(zhuǎn)變相時的溫度。當(dāng)發(fā)生這種熱轉(zhuǎn)變時，導(dǎo)致的結(jié)果通常是 粘度或剛性發(fā)生不希望的增大。因為粘結(jié)劑與其他材料混合形成增塑的混合物，測量批料 的膠凝溫度更為實用?？砂凑粘跏紲囟扔行У販y量批料膠凝溫度作用。如本文中使用“批料”來表示混 合在一起形成增塑的混合物的化合物混合物，該批料然后成形為生坯體。為了按本文報道 地測量初始溫度(Τω )，采用毛細(xì)管溫度掃描(capillary temperature sweep)測量批料 樣品(即增塑的混合物)的批料硬化溫度。使用Malvern RH7毛細(xì)管流變儀將批料樣品擠 出通過兩個用碳化鎢制造的OEM毛細(xì)管模頭。一個模頭的L/d為16(1毫米直徑)，而另一 個模頭是L/d為0. 25的小孔模頭。以1°C /分鐘的升溫速率和12. 7毫米/秒的擠出物線 性速率將增塑的材料的批料擠出。采用小孔模頭的數(shù)據(jù)來確定Τω ，因為這種模頭在溫度變化期間通常能產(chǎn)生平坦 的基線壓力。從高于初始掃描溫度5°C的溫度開始，在以后的15°C范圍內(nèi)對壓力取平均。 在這15°C窗口范圍的平均壓力稱作P平均。由該15°C窗口建立基線壓力。獲得P平均后，計算比該值大15%的壓力。取為在1. 15PTO時的溫度。在接近粘結(jié)劑膠凝點操作的擠出機 上，擠出壓力比穩(wěn)定壓力增大15%是與粘結(jié)劑轉(zhuǎn)變相關(guān)的批料流變性顯著變化的標(biāo)志。在一些實施方式中，增塑的混合物的Tmi至少為25°C;在這樣的一些實施方式中， 增塑的混合物的Tmi至少為30°C ；在這樣的一些實施方式中，增塑的混合物的Twij至少為 350C ；在這樣的一些實施方式中，增塑的混合物的Tmi至少為40°C。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料是麩質(zhì)。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)中麩質(zhì)含量至 少為50重量％ ；在這樣的一些實施方式中，蛋白質(zhì)中麩質(zhì)含量至少為75重量％ ；在這樣的 一些實施方式中，蛋白質(zhì)中麩質(zhì)含量至少為85重量％。其他合適的蛋白質(zhì)材料的例子包括 麩朊、麥谷蛋白、球蛋白和白蛋白。麩朊是一種醇溶谷蛋白，是植物蛋白。一個例子中，小麥麩朊含約52. 7重量％的 碳，約17. 7重量％的氮、約21. 7重量％的氧、約6. 9重量％的氫和約1. 0重量％的硫；它由 約18個氨基酸組成，約40重量％是谷氨酸。麥谷蛋白是以顯著百分比存在于小麥粉中的一種蛋白質(zhì)。麥谷蛋白包含18種氨基酸。球蛋白是對由50%飽和硫酸銨沉淀的血清蛋白的異質(zhì)組的一個成員的統(tǒng)稱，因此 不同于白蛋白，該蛋白以最高濃度存在于常規(guī)血清中。球蛋白一般受熱凝結(jié)，不溶解于水， 但溶解于鹽、強酸和強堿的稀溶液。白蛋白是普遍存在的水溶性蛋白，容易受熱凝結(jié)。白蛋白可進一步水解為α-氨 基酸或其衍生物。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料含有至少約80重量％的蛋白。在其他實施方式 中，蛋白質(zhì)材料含有約5-15重量％的脂類。在其他實施方式中，蛋白質(zhì)材料含有約0. 5-10 重量％的碳水化合物。在一些實施方式中，按照在蛋白質(zhì)材料為干態(tài)(含約小于0. 1重量％的水分)時 測定，蛋白質(zhì)材料的粒度分布使得該材料基本上所有顆粒(優(yōu)選至少99%的顆粒)的粒度 小于250微米。在一些實施方式中，蛋白質(zhì)材料的平均粒度不大于約150微米。在一些實 施方式中，基本上所有的蛋白質(zhì)材料的顆粒(優(yōu)選至少99%的顆粒)的粒度小于約250微 米，蛋白質(zhì)材料的平均粒度不大于約150微米。蛋白質(zhì)材料除了含有蛋白質(zhì)或含蛋白質(zhì)化合物外還可含有其他組分。這些組分通 過化學(xué)或機械締合，包括作為簡單混合物的締合，與蛋白部分結(jié)合。在一些實施方式中，粘結(jié)劑還包含至少一種纖維素基化合物。較好地，至少一種纖 維素基化合物選自下組甲基纖維素、乙基羥基乙基纖維素、羥基丁基甲基纖維素、羥基甲 基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、羥基乙基甲基纖維素、羥基丁基纖維素、羥基乙基纖維素、 羥基丙基纖維素和羧基甲基纖維素鈉，以及它們的組合。在一些實施方式中，以粘結(jié)劑的總重量為基準(zhǔn)，粘結(jié)劑包含小于90重量％的任何 一種纖維素基化合物；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑包含小于80重量％的任何一種纖 維素基化合物；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑包含小于75重量％的任何一種纖維素基 化合物。在一些實施方式中，如果存在一種或多種纖維素基化合物，則以粘結(jié)劑的總重量為 基準(zhǔn)計，粘結(jié)劑中所述一種或多種纖維素基化合物的總含量小于90重量％ ；在這樣的一些 實施方式中，粘結(jié)劑中所述一種或多種纖維素基化合物的總含量小于80重量％ ；在這樣的一些實施方式中，粘結(jié)劑中所述一種或多種纖維素基化合物的總含量小于75重量％?；旌衔镞€包含至少一種加工助劑，所述加工助劑選自潤滑劑、增塑劑、成孔劑和 溶劑。較好地，混合物包含水作為溶劑。混合物不應(yīng)含有太多的液體溶劑(如水)，使該材料 在成形為生坯體之前可處于適當(dāng)?shù)脑鏊艿臓顟B(tài)。在一些實施方式中，以增塑的混合物總重 量為基準(zhǔn)計，增塑的混合物含有小于25重量％的溶劑；在這樣的一些實施方式中，混合物 含有小于20重量％的溶劑；在這樣的一些實施方式中，混合物含有小于15重量％的溶劑。 在一些實施方式中，以增塑的混合物總重量為基準(zhǔn)計，增塑的混合物包含小于25重量％的 水；在這樣的一些實施方式中，混合物包含小于20重量％的水；在這樣的一些實施方式中， 混合物包含小于15重量％的水。由該增塑的混合物形成的生坯體優(yōu)選通過例如剪切向增塑的混合物施加應(yīng)力形 成，例如使所述混合物從螺桿擠出機如單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機通過。形成的生坯體 能夠自立，顯示高硬度。如本文所用，濕強度采用ELE國際針入度儀(International Penetrometer) 29-37 測量。較好地，增塑的混合物在剪切下成形，形成濕強度至少為1. 9 噸/平方英尺、更優(yōu)選至少2. 0噸/平方英尺、更優(yōu)選至少2. 5噸/平方英尺的生坯體。在一些實施方式中，增塑的混合物通過以下方式制備首先將無機粉末與粘結(jié)劑 在溶劑中混合，提供增塑的混合物?？梢酝ㄟ^例如烘箱干燥或者噴霧干燥從該混合物除去 溶劑。在一些實施方式中，無機粉末與粘結(jié)劑混合在一起，然后加入溶劑形成增塑的混 合物。然后將該增塑的混合物成形為生坯體。粘結(jié)劑體系中的各組分可以與無機粉末混合 在一起制備陶瓷材料和粘結(jié)劑體系的優(yōu)選的密切混合物。例如，粘結(jié)劑體系的所有成分可 以先相互混合，之后將粘結(jié)劑混合物與無機粉末混合?；蛘?，將粘結(jié)劑體系的組分一個接 一個地加入無機粉末中，或者可以加入預(yù)先制備的粘結(jié)劑體系的兩個或更多個組分的混合 物。較好地，無機粉末和粘結(jié)劑組分通過捏合方式均勻混合。然后將制成的增塑的混合物成形為生坯體，例如采用擠出，特別是通過擠出模頭， 注塑，粉漿澆鑄，離心澆鑄、壓力澆鑄或干壓制的方式。在一些實施方式中，成形過程為制得 的生坯體提供高程度的剪切。制備的生坯體然后干燥，例如通過熱風(fēng)、微波或介電干燥。燒制條件依據(jù)工藝條件如特定組合物、生坯體尺寸和設(shè)備性能可以變化。在一 些實施方式中，燒制條件可包括加熱生坯體至約1350-1450°C的溫度，在該溫度下保持約 6-16小時，然后將成形的陶瓷材料冷卻回到室溫。在一組實施方式中，生坯體經(jīng)過燒制形成 包含鈦酸鋁的陶瓷制品，例如在US7，001, 861 (Beall等)中所述。由該生坯體制成的陶瓷制品可以用于例如作為催化劑載體或者流通型基材，或過 濾器例如用于處理廢氣流的微粒過濾器(如，柴油機微粒過濾器)。陶瓷優(yōu)選是多孔陶瓷。在一些實施方式中，陶瓷制品是多孔結(jié)構(gòu)，例如蜂窩體結(jié)構(gòu)。蜂窩體是具有進口和 出口端或面的多孔體，壁的多樣性限定出孔道或通道。在壁流式過濾器中，壁是多孔性的。 蜂窩體的孔道密度可以例如為約10個孔/英寸2 (1. 5個孔/厘米2)至600個孔/英寸2 (93 個孔/厘米2)。多孔結(jié)構(gòu)的表面優(yōu)選具有延伸到該結(jié)構(gòu)內(nèi)的孔。在一個實施方式中，將至少一部分的孔道堵塞。在一些實施方式中，在孔的端部進行堵塞。在一些實施方式中，一部分的孔 道在出口端堵塞，但這些孔道并不對應(yīng)于在進口端堵塞的那些孔道。在堵塞型蜂窩體過濾器中，廢氣流通過在進口端的開放孔道流入結(jié)構(gòu)中，然后通 過多孔的孔道壁，再通過出口端的開放孔道從該結(jié)構(gòu)排出。這種類型的過濾器通常稱作“壁 流式”過濾器，因為堵塞孔道(如交替堵塞孔道)產(chǎn)生的流動路徑要求被處理的流體流過多 孔的陶瓷壁，然后從過濾器排出。還可以使用橫向流動的結(jié)構(gòu)。實施例下面通過以下實施例進一步闡述本發(fā)明。通過將作為原料的無機粉末混合在一起制備干粉末的批料。然后將該原料與包括 成孔劑和粘結(jié)劑的添加劑在Littleford中混合，獲得均勻干燥的摻混物。可以替代使用其 他合適的混合器。然后將批料轉(zhuǎn)移到塑化混合器(或研磨機)中，在干組分中加入足量的 水形成增塑的批料。任選地，在Littleford或其他合適混合器中將無機粉末、成孔劑和粘 結(jié)劑干混合在一起，然后向干混合物中加入水。將制得的混合物摻混約10-15分鐘制備增 塑的混合物。然后將該增塑的混合物擠出形成生坯體。測量該生坯體的濕強度和1^_。一 組批料的測量結(jié)果示于表1，另一組批料的測量結(jié)果示于表2。表 權(quán)利要求
1.一種制造由陶瓷構(gòu)成的制品的方法，該方法包括將至少一種陶瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑混合，形成增塑的混合物，其中，該粘 結(jié)劑包含至少一種蛋白質(zhì)材料；和將該增塑的混合物擠出，由擠出的增塑的混合物形成生坯體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增塑的混合物的Tmi至少為25°C。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述增塑的混合物在剪切下成形，形成濕 強度至少為1. 9噸/平方英尺的生坯體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蛋白質(zhì)材料選自下組麩質(zhì)、麩朊、麥谷 蛋白、球蛋白和胚乳。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以所述增塑的混合物的總重量為基準(zhǔn)，該混 合物包含小于25重量％的水。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在加熱生坯體時所述無機組分形成陶瓷，其 中，所述陶瓷選自下組堇青石、多鋁紅柱石、氧化鋁、磷酸鋯、碳化硅、氮化硅、氧化硅和鈦 酸鋁。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無機組分包括氧化硅、氧化鋁或氧化鈦 的來源，或者它們的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物包含Mg0、Al203或S^2的來源， 或者它們的組合。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物通過單螺桿擠出機或者雙螺桿 擠出機擠出，所述生坯體的濕強度至少為1. 9噸/平方英尺。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述生坯體加熱形成陶瓷。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑還包括甲基纖維素。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括麩質(zhì)和甲基纖維素。
13.一種制造陶瓷制品的方法，該方法包括將至少一種陶瓷前體無機組分和至少一種粘結(jié)劑混合，形成增塑的混合物，其中，該粘 結(jié)劑包含至少一種蛋白質(zhì)材料；將所述增塑的混合物成形為生坯體；在足以將該生坯體轉(zhuǎn)化為陶瓷制品的溫度和時間下加熱該生坯體。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述陶瓷制品包含堇青石、鈦酸鋁、或 SiC，或者它們的組合。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述蛋白質(zhì)材料選自下組麩質(zhì)、麩朊、麥 谷蛋白、球蛋白和胚乳。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑還包括甲基纖維素。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述蛋白質(zhì)材料是麩質(zhì)。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述成形步驟包括將增塑的混合物擠出 為蜂窩體擠出物。
19.一種用于成形為由陶瓷構(gòu)成的制品的生坯體，該生坯體包含至少一種陶瓷前體無 機組分和至少一種蛋白質(zhì)材料。
20.如權(quán)利要求19所述的生坯體，其特征在于，該生坯體具有蜂窩體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種制造陶瓷制品的方法，該方法包括將至少一種陶瓷前體無機組分與至少一種粘結(jié)劑混合，形成增塑的混合物，其中，該粘結(jié)劑包含一種蛋白質(zhì)材料。將該混合物擠出形成生坯體。加熱該生坯體形成陶瓷制品。
文檔編號C04B35/632GK102046565SQ200980121248
公開日2011年5月4日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者A·C·戈杰斯, C·J·沃倫, D·L·坦南特, T·J·德納卡 申請人:康寧股份有限公司