專利名稱:制造陶瓷制品的方法和制造的陶瓷制品的制作方法
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及由可模塑粉狀混合物制造陶瓷制品的方法，所述混合物通過對(duì)無機(jī)顆粒原料與包含水溶性有機(jī)粘結(jié)劑及無機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)劑體系以及作為溶劑的水進(jìn)行混合形成。更具體地，所述方法涉及制造堇青石制品，該制品具有提高的強(qiáng)度，能夠在燒結(jié)過程中抗碎裂和抗損傷。
發(fā)明背景通常由擠塑方法形成的普通獨(dú)塊多孔陶瓷體，如能應(yīng)用于催化轉(zhuǎn)化爐、柴油機(jī)顆粒過濾器、電加熱的催化劑和化學(xué)處理催化劑的堇青石蜂窩狀基材，需要粘結(jié)劑和其他類似助劑進(jìn)行適當(dāng)處理。通常，粘結(jié)劑是有機(jī)材料，必須滿足許多要求。
例如，粘結(jié)劑必須與陶瓷材料相適應(yīng)，以便形成在粘結(jié)劑中具有較高陶瓷材料含量的可流動(dòng)的分散體。另外，通過使粘結(jié)劑中的陶瓷分散體成形而產(chǎn)生的“生坯”預(yù)成形體應(yīng)當(dāng)具有合理的強(qiáng)度，以便能夠被搬運(yùn)。
為能按需要燒除粘結(jié)劑，粘結(jié)劑應(yīng)當(dāng)能夠從成形的陶瓷件中除去，而不會(huì)導(dǎo)致陶瓷件變形或碎裂。另外，不含粘結(jié)劑的預(yù)成形體應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度，進(jìn)行無缺陷的固結(jié)。滿足這些要求的粘結(jié)劑配方十分復(fù)雜，而且本領(lǐng)域已知有大量不同粘結(jié)劑配方。
形成堇青石的批料中一般采用水溶性纖維素醚的粘結(jié)劑。用這些粘結(jié)劑，結(jié)果可以得到具有良好“濕”強(qiáng)度和良好的尺寸及形狀完整性的成形生坯體。“濕”強(qiáng)度用來描述生坯體在擠塑之后但在干燥之前的強(qiáng)度?！吧鳌睆?qiáng)度指生坯體在干燥之后但在煅燒之前的強(qiáng)度。
在100-600℃溫度范圍，更具體地在約300℃能燒除的纖維素醚粘結(jié)劑，在除去時(shí)很容易導(dǎo)致陶瓷件變形或破裂。在煅燒過程中除去有機(jī)組分涉及一系列同時(shí)發(fā)生的反應(yīng)，這些反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜，例如，包括氧化、揮發(fā)和熱降解。
因此，處理含有機(jī)粘結(jié)劑的增塑混合物的主要障礙是，后面形成的陶瓷制品的生坯在煅燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋，尤其是在具有薄壁的蜂窩結(jié)構(gòu)中。碎裂是在除去大量有機(jī)物的過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的結(jié)果，該過程使坯體內(nèi)部產(chǎn)生過高的溫度或壓力梯度。
因此，在煅燒過程中必須考慮采取特殊措施，以避免陶瓷體產(chǎn)生裂紋。例如，采用長(zhǎng)煅燒周期、專門設(shè)計(jì)的窯爐以及類似措施，以控制有機(jī)粘結(jié)劑的燒除，降低熱應(yīng)力、收縮差異和高發(fā)碎裂頻率。不過，這些方法需要昂貴的復(fù)雜設(shè)備，增加了煅燒和制造成本。
考慮到本領(lǐng)域碰到的前述問題，仍然需要一種以成本經(jīng)濟(jì)和高效的方式制造陶瓷制品，特別是堇青石陶瓷體的方法，所得陶瓷體具有提高的強(qiáng)度，在燒結(jié)過程中能夠抵抗在陶瓷體內(nèi)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和收縮，從而使這些制品在煅燒后幾乎沒有裂紋和缺陷。
發(fā)明概述本發(fā)明是通過提供包含粉末無機(jī)原料、粘結(jié)劑和溶劑的批料來制造陶瓷制品的方法。所述粘結(jié)劑包含諸如纖維素醚粘結(jié)劑的水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和纖維狀硅酸鹽礦物。纖維狀硅酸鹽材料優(yōu)選具有高長(zhǎng)徑比(aspect)(優(yōu)選高于500)并有大表面積(優(yōu)選大于100平方米/克)。纖維狀硅酸鹽材料優(yōu)選進(jìn)一步具有1-2微米中值粒徑的特征。所述批料還包含極性溶劑。例如，一種合適的極性溶劑是水。
在一個(gè)實(shí)施方式中，無機(jī)粉末材料是形成堇青石原料的混合物，包括二氧化硅、滑石和氧化鋁，任選包含粘土和形成堇青石的其他原料，每種原料以有效量存在，能夠與其他批料組分組合，形成主相是堇青石的煅燒陶瓷制品，該制品的。
將批料組分混合在一起，形成均相增塑體，然后成形為生坯體。成形過程可采用本領(lǐng)域已知的任何方法進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，生坯體是獨(dú)塊蜂窩體。為形成這種結(jié)構(gòu)，優(yōu)選將增塑體從蜂窩體模具中擠出。最后，將生坯體燒結(jié)到一定溫度保持一定時(shí)間，使生坯體發(fā)生轉(zhuǎn)化，并充分轉(zhuǎn)化為煅燒的陶瓷制品。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用有機(jī)和無機(jī)組分作為粘結(jié)劑，所述類型的陶瓷制品可以煅燒得更快，且裂紋更少或沒有裂紋。特別地，生坯體在300-900℃的溫度區(qū)間提高了強(qiáng)度，因此在后面的燒結(jié)過程中，更能抗碎裂和破損，不容易產(chǎn)生裂紋和破損。無機(jī)組分，優(yōu)選為纖維狀硅酸鹽礦物的優(yōu)選用量為2-10％，以在300-900℃的溫度區(qū)間提供提高的強(qiáng)度。一種優(yōu)選的纖維狀硅酸鹽礦物是綠坡縷石粘土。此外，當(dāng)用少量(例如1-3％)的有機(jī)和無機(jī)組分作粘結(jié)劑時(shí)，該結(jié)構(gòu)的煅燒強(qiáng)度可得到提高。
本發(fā)明另一方面提供一種陶瓷制品，該陶瓷制品包含堇青石的主相，其組成以氧化物基準(zhǔn)表示，為33-41％氧化鋁、46-53％二氧化硅和11-17％氧化鎂，其中所述制品由包含以下組分的批料制造包含滑石、氧化鋁和二氧化硅的無機(jī)原料混合物；包含水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和長(zhǎng)徑比大于500、表面積大于100平方米/克的纖維狀硅酸鹽礦物的粘結(jié)劑；極性溶劑。
附圖簡(jiǎn)述在閱讀后面的詳細(xì)描述時(shí)結(jié)合考慮以下附圖，將能完整地理解本發(fā)明圖1所示為擠塑形成的不含綠坡縷石粘土的堇青石生坯樣品的收縮率與溫度(最高至800℃)的關(guān)系圖。
圖2所示為擠塑形成的含5重量％綠坡縷石粘土的堇青石生坯樣品的收縮率與溫度(最高至800℃)的關(guān)系圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明適用于對(duì)陶瓷粉末加工，用來由可模塑批料制造成形制品，所述批料包含無機(jī)原料、粘結(jié)劑和溶劑。然而，本發(fā)明特別適用于形成包含堇青石和/或富鋁紅柱石的陶瓷制品。這種陶瓷制品的例子包括2-60％富鋁紅柱石和30-97％堇青石的混合物，還允許包含其他相，其含量通常最多達(dá)10重量％。
特別適合在本發(fā)明中用來形成堇青石的一些陶瓷批料組合物是美國(guó)專利6541407中揭示的那些，該專利被參考結(jié)合于此。煅燒后最終形成堇青石的陶瓷原料的一個(gè)實(shí)例如下(重量百分比，總計(jì)100重量％)33-41％氧化鋁、46-53％二氧化硅和11-17％氧化鎂。
在批料組合物中采用的無機(jī)原料可以是合成制得的原料，如氧化物、氫氧化物等，也可以是天然原料，如粘土、滑石，還可以是它們的組合。本發(fā)明不限于粉末或原料的類型，它們可根據(jù)陶瓷體所需的性質(zhì)進(jìn)行選擇。
適合形成含堇青石的陶瓷制品的形成堇青石的無機(jī)陶瓷粉末原料可選自任何來源，優(yōu)選包含高純滑石、二氧化硅、氧化鋁、粘土和能產(chǎn)生氧化鎂的原料。優(yōu)選原料是滑石、二氧化鋁和氧化硅。
滑石具有大于15微米(μm)但小于35微米的中值粒徑(MPS)。它具有小片型形態(tài)，可促進(jìn)低CTE的煅燒陶瓷制品。合適的滑石形態(tài)指數(shù)(即衡量滑石扁平程度(platiness)的指標(biāo))大于0.75，如美國(guó)專利第5141686號(hào)所進(jìn)一步揭示的。許多合適種類的氧化鋁都可用作氧化鋁源，如α-氧化鋁、γ-氧化鋁、ρ-氧化鋁、氫氧化鋁、勃姆石和它們的混合物。氧化鋁具有5-25微米的中值粒徑。二氧化硅包括但不限于石英、方石英、非晶二氧化硅(如熔凝二氧化硅或溶膠-凝膠二氧化硅)、沸石、硅藻土和它們的組合。二氧化硅具有10-35微米的中值粒徑。無機(jī)原料還任選包含粘土，如高嶺土。
本發(fā)明的粘結(jié)劑包含諸如纖維素醚粘結(jié)劑的水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)組分。無機(jī)組分優(yōu)選纖維狀硅酸鹽礦物。它優(yōu)選具有高長(zhǎng)徑比(優(yōu)選高于500)并有大表面積(優(yōu)選大于100平方米/克)，其表面帶有大量電荷且與極性溶劑(如水)具有強(qiáng)相互作用。纖維狀硅酸鹽礦物優(yōu)選的另一個(gè)特征是具有1-2微米的中值粒徑。
對(duì)于形成堇青石的批料，合適的纖維狀硅酸鹽礦物是綠坡縷石粘土，它是水合硅鋁酸鎂粘土。綠坡縷石粘土中含有非常細(xì)的纖維狀或針狀顆粒，因而具有高長(zhǎng)徑比和大表面積。其長(zhǎng)徑比通常至少大于500。此材料的來源可以商品名Acti-gelTM208得自Active Materials Company，Hunt Valley，Maryland。為達(dá)到如前所述的坯體提高的強(qiáng)度，向批料中加入纖維狀硅酸鹽礦物的量至少2.0重量％但不超過10.0重量％，優(yōu)選至少5.0重量％但不超過10.0重量％。然而，如下面將要介紹的，加入少量(1-3％)即可增加陶瓷制品的最終強(qiáng)度。
合適的纖維素醚粘結(jié)劑是甲基纖維素、乙羥基乙基纖維素、羥丁基甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丁基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素鈉和它們的混合物。甲基纖維素和/或甲基纖維素衍生物特別合適，優(yōu)選甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素或它們的組合(可以商品名MetholTM得自Dow Chemical Co.)。
有機(jī)粘結(jié)劑優(yōu)選以2.5-10.0重量％的量加入，更優(yōu)選2.5-5.0重量％。如果有機(jī)粘結(jié)劑的含量太低，將損害批料的可塑性，這將導(dǎo)致批料在擠塑過程中產(chǎn)生裂紋，因?yàn)榕显诶鞎r(shí)不可避免要產(chǎn)生斷裂。有機(jī)粘結(jié)劑是作為超添加物(super-addition)加入到無機(jī)原料粉末混合物中的。超添加是指在100克無機(jī)原料混合物中加入(例如)2.5-10克金屬氧化物。
粘結(jié)劑體系和粉末材料通過溶劑如水混合在一起，所述溶劑潤(rùn)濕粉末材料，并作為溶解粘結(jié)劑的介質(zhì)，從而賦予批料以可塑性。批料還可包含其他有機(jī)或無機(jī)組分作為任選的加工助劑。這些助劑包括表面活性劑、潤(rùn)滑劑、分散劑、油等。油組分提供了使混合物成形所需的流動(dòng)性，同時(shí)保持粘結(jié)劑在溶劑中的強(qiáng)度。合適的油包括如礦物油的石蠟油、氫化聚丁烯、α-烯烴、內(nèi)烯烴、聚苯醚、聚丁烯和聚異丁烯。
如果存在表面活性劑，它將促進(jìn)溶劑與油組分之間的乳化作用。它能分散或濕潤(rùn)無機(jī)粉末。通常，在無其他物質(zhì)存在的情況下，表面活性劑本身在室溫下是不溶于溶劑的。合適的表面活性劑是油酸、月桂酸、硬脂酸和它們的組合。增塑批料中的潤(rùn)滑助劑是本領(lǐng)域已知的。這種組分的一個(gè)合適例子是硬脂酸鈉。
批料還可包含成孔劑，它是可以在煅燒階段自生坯體中燒掉的任何顆粒物質(zhì)(非粘結(jié)劑)。合適類型的成孔劑包括石墨、淀粉、聚合物、纖維素、面粉等。石墨是一種優(yōu)選的成孔劑，因?yàn)樗鼘?duì)加工過程的負(fù)作用最小。也可采用成孔劑的組合。
在制備本發(fā)明的陶瓷體時(shí)，可模塑批料優(yōu)選通過混合粉末原料與粘結(jié)劑體系以及其他任選組分形成增塑混合物來制備。批料組分按選定的任何所需量混合。
在一個(gè)實(shí)施方式中，批料包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，2.0-10.0重量％綠坡縷石粘土，并且以100重量％形成堇青石的原料為基準(zhǔn)，包含2.5-10重量％甲基纖維素，最多和包含3重量％硬脂酸鈉，最多和包含30重量％石墨，以及25.0-40.0重量％作為溶劑的水。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，可模塑粉末包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，5.0-10.0重量％綠坡縷石，并且以100重量％形成堇青石的原料為基準(zhǔn)，包含2.5-5.0重量％甲基纖維素，最多和包含3重量％硬脂酸鈉，最多和包含30重量％石墨，以及25.0-40.0重量％作為溶劑的水。
粘結(jié)劑體系的各組分與陶瓷粉末原料、其他任選批料組分和足量的溶劑(即水)混合，形成均勻的可成形混合物。特別地，對(duì)于用來形成陶瓷產(chǎn)品的批料，該批料在成形步驟之前分兩個(gè)階段形成。在形成批料的第一階段即潤(rùn)濕階段，陶瓷材料與粘結(jié)劑組分和其他干組分一起進(jìn)行干混合，然后加入水。舉例來說，在本領(lǐng)域已知的Littleford混合器中進(jìn)行混合。
第二階段涉及批料的增塑。通常，第一階段形成的濕混合物在任何合適的用來增塑批料的混合器中進(jìn)行剪切，所述混合器如雙螺桿擠出機(jī)/混合器、螺旋混合器、研磨混合器或雙臂混合器等。
然后用已知對(duì)增塑混合物進(jìn)行成形的方法，最好是通過模具擠塑的方法將所得增塑混合物成形為生坯體。擠塑操作中，可以采用液壓式擠壓機(jī)，或雙段排氣的單螺旋擠出機(jī)，或在出料端連有模具組件的雙螺桿混合器進(jìn)行垂直或者水平的擠塑。如果采用后者，合適的螺桿元件是根據(jù)原料和其他加工條件選擇的，以產(chǎn)生足夠的壓力，迫使批料通過模具。
接下來，擠出的生坯體優(yōu)選按照本領(lǐng)域熟知的條件進(jìn)行干燥，并在合適的氣氛和選定的溫度下進(jìn)行煅燒，煅燒時(shí)間取決于其組成、尺寸和幾何形狀，從而得到所需陶瓷的陶瓷制品。例如，對(duì)于主要形成堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)的組合物，隨后形成的陶瓷件通常以15-100℃/小時(shí)的速率升溫到最高1405-1430℃的溫度下進(jìn)行煅燒，在該溫度范圍保持約6-25小時(shí)的保留時(shí)間。煅燒時(shí)間和溫度取決于原料的類型和用量以及所用設(shè)備的類型等因素。
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的陶瓷制品是由堇青石-陶瓷體組成的蜂窩狀基材。蜂窩結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域熟知的結(jié)構(gòu)。它們被設(shè)計(jì)成具有進(jìn)口端或面和與進(jìn)口端相對(duì)的出口端或面，廢氣通過進(jìn)口端或面進(jìn)入陶瓷體，在出口端排出。進(jìn)口端與出口端之間有許多孔室，這些孔室具有多孔壁。為用于柴油機(jī)顆粒過濾器，進(jìn)口端的孔室總量中有一部分孔室在其長(zhǎng)度的一部分上被堵塞，而剩下的在進(jìn)口端開放的那部分孔室在出口端被堵塞，因而通過蜂窩體孔室的廢氣流入開放的孔室，經(jīng)過孔室壁，再通過出口端的開放孔室流出該蜂窩結(jié)構(gòu)。
具有上述綜合特征的本發(fā)明的益處和優(yōu)點(diǎn)包括(1)生坯體從模具出來后具有良好的濕強(qiáng)度和外形保持性；(2)生坯體在300-900℃的溫度區(qū)間具有提高的強(qiáng)度，在燒結(jié)過程中，尤其是在除去或燒除批料中所含有機(jī)物的煅燒周期開始時(shí)，能承受熱應(yīng)力和不均勻收縮；(3)能夠采用較短的煅燒周期；(4)制造過程更加有效、成本更經(jīng)濟(jì)；(5)浪費(fèi)的器具較少。
因此，本發(fā)明適用于制造復(fù)雜的成形陶瓷體，尤其是堇青石，它們常通過擠塑形成；本發(fā)明還適用于制造相應(yīng)的煅燒體，如具有高孔室密度和薄孔室壁尺寸的多孔室蜂窩結(jié)構(gòu)。
為更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)提供以下非限制性實(shí)施例。
實(shí)施例根據(jù)下面表I所示的組成制備樣品。稱取干組分，與水和其他批料組分混合，然后在不銹鋼研磨機(jī)中捏合，形成增塑的批料，再將其擠塑成多孔室蜂窩體，該蜂窩體由許多具有方形截面的平行孔道組成。多孔室蜂窩體包含約200個(gè)孔室/平方英寸(csi)，壁厚為0.019英寸。
表I
干燥之后，根據(jù)預(yù)定的煅燒周期對(duì)陶瓷件進(jìn)行煅燒，最高溫度達(dá)1425℃，在此溫度保持15小時(shí)。多孔室蜂窩體的直徑約5.66英寸，將其切成長(zhǎng)度為10英寸。煅燒之后，目力檢測(cè)樣品是否有裂紋，并用膨脹儀在室溫(RT)至975℃之間測(cè)定的熱膨脹系數(shù)(CTE)以及通過圓棒或多孔棒上四點(diǎn)彎曲測(cè)試法測(cè)定的斷裂模量(MOR)的強(qiáng)度來表征。CTE的單位是10-6℃-1。MOR在400-800℃測(cè)定，以確定樣品在高溫下的強(qiáng)度。MOR的單位是磅/平方英寸(psi)。所測(cè)得的性質(zhì)列于下表II。
表II
比較例的棒狀樣品在400℃和800℃的斷裂模量都很低，它們?cè)谶M(jìn)行任何測(cè)定之前就已經(jīng)破碎。多孔棒上的MOR測(cè)定顯示讀數(shù)為5psi，該數(shù)值列于表11。
本發(fā)明樣品表明，在堇青石體的制備中組合使用綠坡縷石粘土和甲基纖維素，在400℃和800℃下的高溫生坯強(qiáng)度都得到提高，因而在隨后的煅燒過程中，堇青石體能夠抵抗可能在煅燒過程中引發(fā)裂紋的熱應(yīng)力。因此，本發(fā)明樣品均經(jīng)受住煅燒而沒有產(chǎn)生裂紋。相反，比較樣品產(chǎn)生了裂紋。
圖1所示為在制備中不加綠坡縷石粘土的比較樣品1時(shí)，最高到800℃測(cè)定的收縮率。收縮率在約275-590℃之間出現(xiàn)了較大的變化，它與甲基纖維素粘結(jié)劑的燃燒有關(guān)。據(jù)信，該收縮率變化導(dǎo)致的熱梯度和應(yīng)力甚至使樣品產(chǎn)生裂紋，因?yàn)樵摌悠凡痪哂心軌蜻m應(yīng)這種大尺寸變化的高溫生坯強(qiáng)度。
現(xiàn)在參見圖2，該圖顯示了在制備中加入5重量％綠坡縷石粘土粘結(jié)劑的本發(fā)明樣品3時(shí)，最高到800℃測(cè)定的收縮率。與圖1相比，在約275-590℃之間發(fā)生的尺寸變化大為減小。因此，據(jù)信本發(fā)明樣品3沒有產(chǎn)生裂紋，原因是在前述溫度范圍內(nèi)尺寸變化減小而且強(qiáng)度增加。
還看到，本發(fā)明樣品的CTE隨著綠坡縷石粘土加入量的增加而稍有增加。然而，只要此材料的加入量不超過10重量％，所得CTE仍然在可用限度內(nèi)，蜂窩體仍然可用于催化轉(zhuǎn)化爐、柴油機(jī)顆粒過濾器等。
本發(fā)明陶瓷制品的另一實(shí)施方式優(yōu)選為堇青石-陶瓷體組成的蜂窩狀基材，特別是上述柴油機(jī)顆粒過濾器。用來形成這種制品的批料僅包含極少量的纖維狀硅酸鹽礦物，如綠坡縷石粘土。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)組合加入1-3％纖維狀硅酸鹽礦物和甲基纖維素粘結(jié)劑可提高制品最終的煅燒強(qiáng)度。因此，本發(fā)明這一方面的優(yōu)點(diǎn)是，煅燒體與不用纖維狀硅酸鹽礦物制造的類似(孔隙率、CTE相同)陶瓷制品相比具有提高的最終強(qiáng)度。特別地，與不用少量纖維狀硅酸鹽礦物制造的類似陶瓷制品相比，強(qiáng)度可提高25％(基于上述MOR值)或以上。使用少量纖維狀硅酸鹽礦物如綠坡縷石粘土的另一個(gè)好處是陶瓷制品的CTE受影響較小。特別地，使用該批料組合物可得到孔隙率大于45％而CTE小于0.5×10-6℃-1(RT-800℃)的組合物。
根據(jù)其最終陶瓷強(qiáng)度得到提高的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，批料優(yōu)選包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，1.0-3.0重量％纖維狀硅酸鹽礦物(以100重量％無機(jī)原料為基準(zhǔn)計(jì))和2.5-10.0重量％水溶性有機(jī)粘結(jié)劑。高強(qiáng)度陶瓷制品更優(yōu)選通過包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，1.0-3.0重量％綠坡縷石粘土(以100重量％無機(jī)原料為基準(zhǔn)計(jì))和2.5-10.0重量％甲基纖維素的本發(fā)明批料制造。在最優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明包括制造陶瓷制品的方法，該方法包括提供包含各組分混合物的批料。所述組分包括無機(jī)原料，包括滑石、氧化鋁和二氧化硅；粘結(jié)劑，它包含1)和2)的組合，1)水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和2)具有高長(zhǎng)徑比、大表面積的纖維狀硅酸鹽礦物；和極性溶劑。該方法還包括混合批料組分，形成均相增塑體；使增塑體成形為生坯體；燒結(jié)生坯體，使其轉(zhuǎn)化為煅燒陶瓷制品。最優(yōu)選地，批料還包含最多為30％，優(yōu)選5-20％的成孔劑，如石墨。該制品包含的主相優(yōu)選為堇青石。
雖然結(jié)合有限的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀本說明后將會(huì)理解，在不背離本說明書所揭示的本發(fā)明范圍的前提下，可設(shè)計(jì)其他實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求
的限制。
權(quán)利要求
1.制造陶瓷制品的方法，該方法包括提供包含以下組分的批料(1)包含滑石、氧化鋁和二氧化硅的無機(jī)原料的混合物，(2)包含水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和具有高長(zhǎng)徑比以及大表面積的纖維狀硅酸鹽礦物的粘結(jié)劑，(3)極性溶劑；混合批料組分，形成均相增塑體；將增塑體成形為生坯體；通過加熱到一定溫度并保持一定時(shí)間燒結(jié)該生坯體，使生坯體發(fā)生轉(zhuǎn)化并充分轉(zhuǎn)化為煅燒的陶瓷制品。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述生坯體與不含纖維狀硅酸鹽礦物的類似生坯體相比，在300-900℃的溫度區(qū)間具有提高的強(qiáng)度，在燒結(jié)過程中抗碎裂。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷制品與不含纖維狀硅酸鹽礦物的類似陶瓷體相比，燒結(jié)后提高了最終強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述無機(jī)原料以有效量存在，它們能與其他批料組分一起產(chǎn)生主相為堇青石的煅燒陶瓷制品。
5.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑是纖維素醚粘結(jié)劑。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其特征在于，纖維素醚粘結(jié)劑是甲基纖維素粘結(jié)劑。
7.如權(quán)利要求
6所述的方法，其特征在于，所述甲基纖維素粘結(jié)劑以2.5-10重量％超添加量加入。
8.如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于，所述甲基纖維素粘結(jié)劑以2.5-5重量％超添加量加入。
9.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述纖維狀硅酸鹽礦物是綠坡縷石粘土。
10.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述纖維狀硅酸鹽礦物以2-10重量％的量加入。
11.如權(quán)利要求
10所述的方法，其特征在于，所述纖維狀硅酸鹽礦物以5-10重量％的量加入。
12.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述纖維狀硅酸鹽礦物以1-3重量％的量加入。
13.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述批料包含其他任選有機(jī)和無機(jī)組分，用作加工助劑。
14.如權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述批料包含表面活性劑和成孔劑。
15.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述生坯體是蜂窩結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述批料包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，2.0-10.0重量％綠坡縷石粘土，并以100重量％形成堇青石的原料為基準(zhǔn)計(jì)2.5-10重量％甲基纖維素，最多并包括3重量％硬脂酸鈉，最多并包括30重量％石墨，以及25.0-40.0重量％作為溶劑的水。
17.如權(quán)利要求
16所述的方法，其特征在于，所述批料包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，5.0-10.0重量％綠坡縷石粘土，并以100重量％形成堇青石的原料為基準(zhǔn)計(jì)2.5-5.0重量％甲基纖維素，最多并包括3重量％硬脂酸鈉，最多并包括30重量％石墨，以及25.0-40.0重量％作為溶劑的水。
18.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述批料包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，以100重量％無機(jī)原料為基準(zhǔn)計(jì)1.0-3.0重量％纖維狀硅酸鹽礦物，和2.5-10.0重量％水溶性有機(jī)粘結(jié)劑。
19.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述批料包含100重量％形成堇青石的無機(jī)原料，以100重量％無機(jī)原料為基準(zhǔn)計(jì)1.0-3.0重量％綠坡縷石粘土和2.5-10.0重量％甲基纖維素。
20.如權(quán)利要求
19所述的方法，其特征在于，所述批料還包含最多并包括3重量％硬脂酸鈉，最多并包括30重量％石墨，以及25.0-40.0重量％作為溶劑的水。
21.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述纖維狀硅酸鹽礦物的長(zhǎng)徑比大于500，表面積大于100平方米/克。
22.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述纖維狀硅酸鹽礦物還具有中值粒徑為1-2微米的特性。
23.陶瓷制品，它包含堇青石主相，以氧化物為基準(zhǔn)計(jì)，其組成為33-41％氧化鋁、46-53％二氧化硅和11-17％氧化鎂，所述制品是由包含以下組分的批料制造的包含滑石、氧化鋁和二氧化硅的無機(jī)原料的混合物；包含水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和長(zhǎng)徑比大于500、表面積大于100平方米/克的纖維狀硅酸鹽礦物的粘結(jié)劑；極性溶劑。
專利摘要
制造陶瓷制品的方法，該方法包括提供包含以下組分的批料(1)包含滑石、氧化鋁和二氧化硅的無機(jī)原料的混合物，(2)包含水溶性有機(jī)粘結(jié)劑和具有高長(zhǎng)徑比以及大表面積的纖維狀硅酸鹽礦物的粘結(jié)劑，(3)極性溶劑；混合批料組分，形成均相增塑體；將增塑體成形為生坯體，該生坯體具有提高的強(qiáng)度；通過加熱到一定溫度并保持一定時(shí)間燒結(jié)該生坯體，使生坯體發(fā)生轉(zhuǎn)化并充分轉(zhuǎn)化為煅燒陶瓷制品。
文檔編號(hào)C04B35/195GK1993300SQ200580026428
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年8月3日
發(fā)明者D·M·比爾, I·M·彼德森, D·J·湯普森 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan