一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法
【專利摘要】一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法，（1）選取質(zhì)量份為單位的原料及混合配比：原料為片狀高嶺土或粘土25～30份；煅燒高嶺土12～15份，粒徑小于2μm；活性氧化鋁微粉15～20份；片狀滑石粉37～40份；硅微粉6～10份，粒徑小于6μm；水溶性粘結(jié)劑3～10份；水25～30份；（2）原料處理：將原料均勻混合后進(jìn)行機(jī)械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2～3次，再在15～30℃室溫下陳腐30h～40h；（3）制備圓柱形濕坯體：將塑性泥料通過蜂窩孔鋼模具在壓力下擠出，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體；（4）制備干坯體及焙燒。
【專利說明】
一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體及制備方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]柴油車尾氣凈化所用的催化劑一般都以整體式蜂窩作為載體。整體式蜂窩是一種薄壁、平行多孔的圓柱體，它的比表面積大，熱穩(wěn)定性好，耐高溫，不易破碎。為了適應(yīng)柴油車動(dòng)力性強(qiáng)、排氣量大的需要，近年來正在開發(fā)大規(guī)格的蜂窩陶瓷載體和薄壁型蜂窩陶瓷載體，并取得了很大的進(jìn)展。
[0003]CN104671741 A公開了一種柴油機(jī)用大規(guī)格蜂窩陶瓷載體的制備方法，該發(fā)明包括以下步驟:粉體原料配制;液態(tài)添加劑配制;泥料制備;泥坯制備;擠出成型;干燥定型;坯體加工;高溫?zé)?打磨;植皮。該發(fā)明的液態(tài)添加劑能提高泥料與模具間的潤滑效果，增加泥坯的擠出速度，降低蜂窩陶瓷載體的熱膨脹系數(shù)。
[0004]CN1827217A公開了一種薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體及制備方法，該發(fā)明在于載體原料為12?15%、平均粒徑小于2微米的氧化鋁微粉，43?47%、平均粒徑小于2微米的片狀高嶺土或粘土微粉，33?37%、平均粒徑5?15微米片狀滑石微粉，6?12%、平均粒徑小于2微米的融熔石英；原料再經(jīng)過混合、成型、燒成，得到堇青石總量為92?96% ,Al2O3、Mg0、Si02分別為36?37%、13.0?14.0%、50?52%，制備時(shí)在混合物料中外加有表面活性劑。制得的600孔/平方英寸蜂窩體堇青石總量達(dá)到92?96%，膨脹系數(shù)0.8X10—6/°C，孔隙率38?40 %，機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性能高，起燃溫度下降25?40 V，可使汽車尾氣中氮氧化合物及一氧化碳排放減少了5?10%，從而滿足了歐m標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0005]CN101259637公開了一種高孔密度薄壁蜂窩陶瓷擠出模具及其制造方法，該發(fā)明包括如下步驟:確定要設(shè)計(jì)的孔目數(shù)及壁厚；采用比設(shè)計(jì)的前端導(dǎo)泥孔孔徑大0.1mm的鉆頭，比設(shè)計(jì)的后端切割槽寬大0.1mm直徑的鉬絲制成模具半成品;在導(dǎo)泥孔和切割槽表面鍍附上至少一層硬質(zhì)金屬材料或硬質(zhì)陶瓷材料的鍍層。由于在常規(guī)的模具表面鍍附有一鍍層，使得該模具能產(chǎn)生出高孔密度、格子壁薄的蜂窩陶瓷，同時(shí)由于鍍層的硬度大，表面光潔度更好，從而使模具與泥料間的摩擦力減小，因此模具的整體強(qiáng)度和耐性增強(qiáng)，提高了模具的使用壽命。
[0006]CN202137835 U公開了一種薄壁蜂窩陶瓷用模具，該涉及槽壁及位于所述兩槽壁之間的槽，所述相對(duì)的兩槽壁設(shè)有相互面對(duì)的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面上覆蓋有耐磨層，從而使兩耐磨層之間的槽的寬度進(jìn)一步縮小，解決了現(xiàn)有的模具槽無法進(jìn)一步變窄的問題。
[0007]但到目前為止，尚未見到有關(guān)既具有大規(guī)格或大直徑、又具有薄壁的圓柱型蜂窩陶瓷載體的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:提出一種既具有大直徑(或大規(guī)格)、又具有薄壁的圓柱型蜂窩陶瓷載體，以增大單位重量載體對(duì)催化劑的負(fù)載量，降低廢氣通過的背壓，以適應(yīng)大排量柴油車尾氣處理的需要。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:(I)制作大直徑、窄槽寬的蜂窩陶瓷壓制模具:先將材質(zhì)為H13型熱作工具鋼加工成直徑為265?355mm，厚度為35?40mm模坯體;采用中走絲機(jī)床進(jìn)行線切割鋼模具槽溝，電極絲采用0.07?0.09mm銅包鋼線，切割線速度為10m/S，切割次數(shù)2?3次;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約I?2.6 mm;槽溝寬0.095?0.105mm，槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4?0.8μπι;切割后的模具以超聲波清洗。
[0010](2)選取原料及混合配比:原料為片狀高嶺土或粘土25?30份(質(zhì)量份，下同)，平均粒徑小于3μπι(下簡稱粒徑)；煅燒高嶺土 12?15份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉15?20份，粒徑小于5μηι;片狀滑石粉37?40份，粒徑小于15μηι;娃微粉6?10份，粒徑小于6μηι;水溶性粘結(jié)劑3?10份;水25?30份；
[0011](3)原料處理:將原料均勻混合后進(jìn)行機(jī)械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2?3次，再在15?30 °C室溫下陳腐30h?40h，得到塑性泥料。
[0012](4)制備圓柱形濕坯體:將塑性泥料通過鋼模具在壓力下擠出，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕還體，濕還體孔密度為100?300孔/平方英寸，濕還體圓柱形圓面直徑為265?355mm，圓柱切割的高度為104?155mm。
[0013](5)制備干坯體及焙燒:將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率8?12Kw，干燥時(shí)間2h?3h，濕坯體的失水率約為12 %?18 % ;再將失水坯體通過程序升溫法進(jìn)行焙燒，先以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?10°C/min升溫至1380?1410°C，保溫3?6h，自然冷卻至100°C以下(或室溫)。
[0014](6)焙燒后干坯體精加工:將焙燒后干坯體先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料層的厚度為I?2.5mm，確保坯體直徑為240-339mm;再將坯體的高度切割為104?155mm;最后微波8?12Kw加熱干燥2h?3h，得到成品。
[0015](7)成品性能檢測(cè):外觀質(zhì)量及尺寸偏差按照GB/T 25994-2010國家標(biāo)準(zhǔn)的附錄A進(jìn)行檢測(cè)，抗壓強(qiáng)度采用YA-300型電液式壓力測(cè)試機(jī)測(cè)定;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCHe Dll-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測(cè)儀測(cè)定;抗熱沖擊利用馬弗爐測(cè)定。
[0016]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明大直徑且為薄壁的蜂窩陶瓷，具有通氣背壓小、比表面積大、單位重量載體的催化劑負(fù)載量大等優(yōu)點(diǎn)。濕坯體在微波干燥后采用程序升溫?zé)傻玫礁膳黧w;再通過機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁并重新植皮、再次切割、微波干燥后得到成品。制得了壁厚為0.1lmm,直徑分別為286mm和330mm，高度為152.4mm的蜂窩陶瓷。樣品除尺寸和壁厚外，其它性能指標(biāo)均符合《蜂窩陶瓷》GB/T 25994-2010國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。本發(fā)明提供了大直徑、又具有薄壁的圓柱型蜂窩陶瓷載體的制備方法。本發(fā)明也能加大催化劑與廢氣的接觸；由于該產(chǎn)品又是大規(guī)格，因此能更好適應(yīng)大排量柴油車尾氣處理的需要。
【具體實(shí)施方式】
[0017]—種大直徑薄壁蜂窩陶瓷制備的實(shí)施方式是:(I)制作大直徑、窄槽寬的擠壓模具:先取一定大小、材質(zhì)為H13型熱作工具鋼基材，再用車床、磨床加工成直徑為265?355mm，厚度為35?40mm模還體；采用中走絲機(jī)床進(jìn)行線切割，電極絲采用市售0.07?
0.09mm銅包鋼線，切割線速度為lOm/s，切割次數(shù)2?3次，操作時(shí)確保脈寬與脈間的間隔比8?1，脈沖8?1 μ s，控制峰值電流2?3 2 A;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約I?2.6mm;槽溝寬0.095?0.105mm，槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4?0.8μπι;切割后的模具以超聲波清洗。
[0018](2)選取特定原料及混合配比:片狀高嶺土或粘土25?30份(質(zhì)量份，下同)，平均粒徑小于3μπι(下簡稱粒徑)；煅燒高嶺土 12?15份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉15?20份，粒徑小于5μηι;片狀滑石粉37?40份，粒徑小于15μηι;娃微粉6?10份，粒徑小于6μηι;水溶性粘結(jié)劑3?10份;水25?30份。水溶性粘結(jié)劑為羥甲基纖維素，或羥乙基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或甘油，或乳化蠟，或硬脂酸，或油酸等。
[0019](3)原料處理:將原料均勻混合后進(jìn)行機(jī)械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2?3次，再在15?30 °C室溫下陳腐30h?40h，得到塑性泥料。
[0020](4)制備圓柱形濕坯體:將塑性泥料通過模具擠壓，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體，其孔密度為100?300孔/平方英寸，圓面直徑265?355mm，圓柱切割的高度為104?155mm。[0021 ] (5)制備干坯體:將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率8?12Kw，干燥時(shí)間2h?3h，濕坯體的失水率約為12%?18 % ;再將失水坯體通過程序升溫法進(jìn)行焙燒，先以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?10°C/min升溫至1380?1410°C，保溫3?6h，自然冷卻至100°C以下。
[0022](6)干坯體精加工:將干坯體先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料層的厚度為I?2.5 mm，確保還體直徑為240_339mm ；再將還體的高度切割為104?155mm;最后微波8?12Kw加熱干燥2h?3h，得到成品。
[0023](7)成品性能檢測(cè):外觀質(zhì)量及尺寸偏差按照GB/T 25994-2010國家標(biāo)準(zhǔn)的附錄A進(jìn)行檢測(cè)，抗壓強(qiáng)度采用YA-300型電液式壓力測(cè)試機(jī)測(cè)定;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCHe Dll-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測(cè)儀測(cè)定;抗熱沖擊利用馬弗爐測(cè)定。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]先制作大直徑、窄槽寬的擠壓模具:取材質(zhì)為H13型熱作工具鋼用車床、磨床加工成直徑為305mm，厚度為35mm模還體;采用中走絲機(jī)床進(jìn)行線切割，電極絲采用市售0.07mm銅包鋼線，切割線速度為lOm/s，切割次數(shù)3次，操作時(shí)確保脈寬與脈間的間隔比8，脈沖8ys，控制第一次切割峰值電流32A，第二次16A，第三次2A;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約1.82mm;槽溝寬0.095mm，槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4μπι;切割后的模具以超聲波清洗。
[0026]準(zhǔn)備特定原料及混合配比:片狀高嶺土28份(質(zhì)量份，下同)，平均粒徑小于3μπι(下簡稱粒徑)；煅燒高嶺土 13份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉17份，粒徑小于5μπι;片狀滑石粉39份，粒徑小于15μπι;硅微粉8份，粒徑小于6μπι;水溶性粘結(jié)劑70份;水27份。
[0027]然后將準(zhǔn)備的原料充分機(jī)械混合、捏合，使之均勻，并在真空度為95KPa下脫氣煉制3次，25°C下陳腐30h得到塑性泥料;再將塑性泥料通過模具擠壓，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體，其孔密度為300孔/平方英寸，圓面直徑300mm，圓柱切割的高度為155mm。
[0028]再將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率1Kw，干燥時(shí)間2h，濕坯體的失水率約為16% ;再將失水坯體通過程序升溫法進(jìn)行焙燒，先以15°C/min升溫至100tC，然后以7 °C /min升溫至1410 °C，保溫6h，自然冷卻至100 °C以下，得到干坯體。
[0029]最后將干坯體先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料層的厚度為2mm，確保還體直徑為287mm;再將還體的高度切割為153mm;最后微波I OKw加熱干燥2h，得到成品。
[0030]對(duì)樣品的性能檢測(cè)結(jié)果如下:
[0031 ]圓柱形直徑286mm;
[0032]高152.4mm;
[0033]壁厚0.1lmm;
[0034]抗壓強(qiáng)度縱向大于2 3MPa，橫向大于3.5MPa ；
[0035]熱膨脹系數(shù)0.9ΧΙΟ—6/Γ。
[0036]實(shí)施例2:
[0037]將實(shí)施例1中的擠壓模具直徑由305mm改為355mm，其它步驟均與實(shí)施例1相同，對(duì)制得的樣品檢測(cè)結(jié)果為:
[0038]圓柱形直徑330mm;
[0039]高152.4mm;
[0040]壁厚0.1lmm;
[0041 ]抗壓強(qiáng)度縱向大于2 3MPa，橫向大于3.5MPa ；
[0042]熱膨脹系數(shù)0.9ΧΙΟ—6/Γ。
[0043]表明圓柱形直徑變化對(duì)結(jié)果基本無影響。
[0044]實(shí)施例3:
[0045]將實(shí)施例1中的片狀高嶺土質(zhì)量份增加至33份，煅燒高嶺土減少至8份，其它成分不變，對(duì)制得的樣品檢測(cè)結(jié)果為:
[0046]圓柱形直徑286mm;
[0047]高152.4mm;
[0048]壁厚0.1 lmm;
[0049 ]抗壓強(qiáng)度縱向大于17MPa，橫向大于2.5MPa ；
[0050]熱膨脹系數(shù)1.0X10—6/°C。
[0051]表明混合原料中片狀高嶺土質(zhì)量份增加和煅燒高嶺土質(zhì)量的減少，對(duì)樣品抗壓強(qiáng)度有一定程度降低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法，其特征是步驟如下: (1)選取質(zhì)量份為單位的原料及混合配比:原料為片狀高嶺土或粘土25?30份，粒徑小于3μπι;煅燒高嶺土 12?15份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉15?20份，粒徑小于5μπι;片狀滑石粉3 7?4 O份，粒徑小于15 μπι;娃微粉6?1份，粒徑小于6 μπι;水溶性粘結(jié)劑3?1份;水25?30份； (2)原料處理:將原料均勻混合后進(jìn)行機(jī)械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2?3次，再在15?30 °C室溫下陳腐30h?40h，得到塑性泥料； (3)制備圓柱形濕坯體:將塑性泥料通過蜂窩孔鋼模具在壓力下擠出，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體，濕坯體孔密度為100?300孔/平方英寸，濕坯體圓柱形圓面直徑為265?355mm，圓柱切割的高度為104?155mm; (4)制備干坯體及焙燒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是蜂窩陶瓷濕坯體的加熱與焙燒:將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率8?12Kw，干燥時(shí)間2h?3h，濕坯體的失水率為12 %?18% ;再將失水坯體通過程序升溫法進(jìn)行焙燒，先以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?1 °C /min升溫至1380?1410 °C，保溫3?6h，自然冷卻至100 °C以下或室溫。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是模具制備時(shí)取一定大小、材質(zhì)為H13型熱作工具鋼基材，再用車床、磨床加工成直徑為265?355mm，厚度為35?40mm模坯體;采用中走絲機(jī)床進(jìn)行線切割鋼模具槽溝，電極絲采用0.07?0.09mm銅包鋼線，切割線速度為10m/S，切割次數(shù)2?3次，操作時(shí)確保脈寬與脈間的間隔比8?10，脈沖8?1ys，控制峰值電流2?32A;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約I?2.6 mm;槽溝寬0.0 9 5?0.105mm,槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4?0.8μπι;切割后的模具以超聲波清洗。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是焙燒后干坯體的精加工:將焙燒后干坯體先用機(jī)械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側(cè)重新植皮，附著泥料層的厚度為I?2.5mm，確保還體直徑為240?339mm;再將還體的高度切割為104?155mm;最后微波8?12Kw加熱干燥2h?3h，得到成品。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是成品性能檢測(cè):外觀質(zhì)量及尺寸偏差按照GB/T25994-2010國家標(biāo)準(zhǔn)的附錄A進(jìn)行檢測(cè)，抗壓強(qiáng)度采用YA-300型電液式壓力測(cè)試機(jī)測(cè)定;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCHe D11-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測(cè)儀測(cè)定;抗熱沖擊利用馬弗爐測(cè)定。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是水溶性粘結(jié)劑為羥甲基纖維素，或羥乙基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或甘油，或乳化蠟，或硬脂酸，或油酸。
【文檔編號(hào)】B01J21/16GK106045551SQ201610350367
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】孔秋明, 陳明祥, 孔德雙, 谷昌軍, 孔亮明, 孔令仁
【申請(qǐng)人】南京柯瑞特種陶瓷股份有限公司