專利名稱：制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于制造以堇青石作為晶相主成分的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法。
近年，對生產(chǎn)肋厚不大于100μm的薄壁蜂窩結(jié)構(gòu)有很高的需求。在這種情況下，為了容易載帶催化劑，優(yōu)選蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度不小于30％。此外，為了防止肋失效，必須排除粒度大于原料壓?？p寬的粗顆粒。但是，在上述已知技術(shù)中，出現(xiàn)了下列問題。即用作原料之一的平均粒度不大于2μm的細氧化鋁有降低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點。但另一方面，由于上述的氧化鋁有強的顆粒結(jié)塊特性，并且難以進行分粒，因此，不可能消除細氧化鋁的粗顆粒。因此，在細氧化鋁中殘存在的氧化鋁粗顆粒在利用壓模的蜂窩結(jié)構(gòu)成形步驟中會堵塞壓模的縫。此外，因為細氧化鋁有上述的細顆粒，就出現(xiàn)細氧化鋁降低堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度。另外，作為原料的高純無定形二氧化硅有降低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點。但另一方面，與石英二氧化硅相比，高純無定形二氧化硅有降低堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度的缺點，并且價格也貴。
按照本發(fā)明，制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法包括下列步驟制備合適的堇青石原料和成形劑；將成形劑加入到合適的堇青石的原料中；混合成形劑和原料以得到原料配料；擠壓原料配料以得到成形體；干燥成形體；燒結(jié)干燥后的成形體；從而得到的以堇青石晶相作為主成分的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，在燒結(jié)步驟中，至少從最大溫度1300℃開始的溫度下降速率不大于100℃/小時。
在本發(fā)明中，因為在燒結(jié)步驟中，至少從最大溫度1300℃開始的溫度下降速率不大于100℃/小時，所以可能廉價得到無肋失效和有低的膨脹系數(shù)的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在合適的堇青石的原料配料中采用石英，并且所用氧化鋁的平均粒度大于2μm。在這種情況下，與按已知的制造方法得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體相比，可廉價得到蜂窩結(jié)構(gòu)體。所制得的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的特性為在40～800℃范圍內(nèi)，其沿A-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.4×10-6/℃，沿B-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.6×10-6/℃。在該優(yōu)選實施方案中，由此所得的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的特性為沿A-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.3×10-6/℃，沿B-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.5×10-6/℃。再則，該堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度大于30％。此外，當采用月桂酸鉀皂作為成形劑，并且從最大溫度為1250℃開始的溫度下降速率不大于50℃/時或在最大溫度下的溫度保持時間不小于6小時時，本發(fā)明可達更優(yōu)選的方案。
本發(fā)明的最佳實施模式

圖1為按照本發(fā)明制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法的一種實施方案流程圖。將參照圖1對按本發(fā)明的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法進行描述。首先制備合適的堇青石的原料配料。該原料配料是由將成形劑如水溶性纖維素、表面活性劑和水加到包括如滑石粉、高嶺土、煅燒高嶺土、氧化鋁、氫氧化鋁、石英的合適的堇青石原料中，并將它們混合。然后，所得的原料配料用壓模擠壓，以得到有堇青石組合物的蜂窩成形體。之后，干燥所得的蜂窩成形體以得到干燥的蜂窩成形體。最后，燒結(jié)所得的干燥的蜂窩成形體以得到堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的特征是，在燒結(jié)步驟中，至少從最大溫度1300℃開始的溫度下降速率不大于100℃/時。在本發(fā)明中，對在燒結(jié)步驟中從最大溫度開始的溫度下降速率進行平緩控制，以使其不大于100℃/時。所以，增加了堇青石晶相，并由此可制造有低的熱膨脹系數(shù)的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。
在上述實施方案中，在原料配料中采用石英來形成堇青石，并采用粒度大于2μm的氧化鋁。在本發(fā)明中，可使用石英二氧化硅來代替在已知方法中采用的高純無定形二氧化硅。在這種情況下，可增加蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度，與采用高純無定形二氧化硅的已知實施方案相比，又可達到低的價格。此外，采用粒度大于2μm的氧化鋁可使孔隙度達到大于30％，并防止包括難以分粒的粗顆粒。再則，采用月桂酸鉀皂作為成形劑可達到低的熱膨脹系數(shù)，因此這也是有利的。此外，當從最大溫度1250℃開始的溫度下降速率不大于50℃/時及在最大溫度下的溫度保持時間不小于6小時時，本發(fā)明可更優(yōu)選地實施，因為其為優(yōu)選的實施方案。
按本發(fā)明所得的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)有如此優(yōu)異的低的熱膨脹系數(shù)，即在40～800℃范圍內(nèi)沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的A-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.4×10-6/℃，沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的B-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.6×10-6/℃，再則，沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的A-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.3×10-6/℃，沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的B-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.5×10-6/℃。此外，由此得到的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度可大于30％，因此達到了優(yōu)異的催化劑載帶特性，催化劑能容易地載帶其上。
下面將描述一個實際的實施方案。
按上述的制造方法，將表1所示的原料以給定速率混合，并在其中加入水溶性纖維、表面活性劑和水，以制得原料的配料。然后，原料配料經(jīng)捏和、搗拌、擠壓和干燥以制造有堇青石組合物的干燥的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
表1 所采用的原料和混合速率

然后，燒結(jié)所得的干燥體。干燥的蜂窩結(jié)構(gòu)體在基于下述表2的燒結(jié)條件下，采用帶有程序功能的市售電爐于1425℃的最大溫度下進行燒結(jié)。得到按本發(fā)明實施方案1-9和對比實施方案21-24的燒結(jié)的蜂窩結(jié)構(gòu)體。分別測定各燒結(jié)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的孔隙度和熱膨脹系數(shù)。該燒結(jié)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的孔隙度是以汞注入法測定其總的小孔體積，并基于所測的總小孔體積計算而得的。在這種情況下，堇青石的真密度假設為2.52g/cm3。這種測量是采用測微學公司的Autopore9405進行的。此外，燒結(jié)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)是在下述條件下測定的，即蜂窩結(jié)構(gòu)的擠壓方向為A-軸方向，垂直于蜂窩結(jié)構(gòu)的擠壓方向和平行于蜂窩結(jié)構(gòu)的晶格線的方向為B-軸方向。熱膨脹系數(shù)是在40～800℃范圍內(nèi)沿A-軸和B-軸方向分別測定的。結(jié)果列于表2。
表2 實施方案

從表2的結(jié)果可理解下列的闡述。當從最大溫度開始的冷卻變慢時，熱膨脹系數(shù)相應降低。溫度下降速率不大于50℃/時可足以滿足降低熱膨脹系數(shù)的效果(參看實施例1-4，特別是實施例3和4有相同的值)。另一方面，如果溫度下降更快如不小于150℃/時，則熱膨脹系數(shù)變得較高(參看對比實施方案21-23)。如果從最大溫度1300℃開始降溫(參看實施方案9)，則從最大溫度的慢冷卻是有效的。此外，如果慢冷卻是在1200℃時進行，則可達更有效的優(yōu)點(參看實施方案5、7和8)。如果慢冷卻是在低于1200℃時進行，不能達到比上述情況更大的優(yōu)點(參看實施方案6)。另一方面，如果慢冷卻不僅在1350℃時進行，其優(yōu)點是小的(參看實施方案24)。當在最大溫度下維持的時間更長時，其熱膨脹系數(shù)相應降低。如果溫度維持時間至少是4小時或更長，則可達低的熱膨脹系數(shù)(參看實施例2、5、7和8)。如果在最大溫度下的維持時間變短，并且冷卻速率更快時(如對比實施方案21)，所得的熱膨脹系數(shù)特別高。工業(yè)應用性從上述可理解，按照本發(fā)明在燒焙步驟中，因為從最大溫度1300℃開始的溫度下降速率不大于100℃/時，所以就可廉價得到無肋失效和有低的熱膨脹系數(shù)的堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其包括下列步驟制備合適的堇青石原料和成形劑；將成形劑加入到合適的堇青石的原料中；混合成形劑和原料以得到原料配料；擠壓原料配料以得到成形體；干燥成形體；燒結(jié)干燥后的成形體；從而得到的以堇青石晶相作為主成分的蜂窩結(jié)構(gòu)體，其中，在燒結(jié)步驟中，至少從最大溫度1300℃開始的溫度下降速率不大于100℃/小時。
2.權(quán)利要求1的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中在合適的堇青石的原料配料中采用石英，并采用平均粒度大于2μm的氧化鋁。
3.權(quán)利要求1或2的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中在40～800℃的范圍內(nèi)，沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的A-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.4×10-6/℃，沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的B-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.6×10-6/℃。
4.權(quán)利要求1-3之一的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的A-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.3×10-6/℃，沿堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的B-軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.5×10-6/℃。
5.權(quán)利要求1-4之一的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的孔隙度大于30％。
6.權(quán)利要求1-5之一的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中采用月桂酸鉀皂作為成形劑。
7.權(quán)利要求1-6之一的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中從最大溫度1250℃開始的溫度下降速率不大于50℃/時。
8.權(quán)利要求1-7之一的制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中在最大溫度下的溫度維持時間不小于6小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的方法,它包括下列步驟:制備合適的堇青石原料和成形劑;將成形劑加入到合適的堇青石的原料中;混合成形劑和原料以得到原料配料;擠壓原料配料以得到成形體;干燥成形體;燒結(jié)干燥后的成形體;從而得到的以堇青石晶相作為主成分的蜂窩結(jié)構(gòu)體,其中,在燒結(jié)步驟中,至少從最大溫度1300℃開始的溫度下降速率不大于100℃/小時。
文檔編號B01D39/20GK1383421SQ01801630
公開日2002年12月4日 申請日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月7日
發(fā)明者野口康, 牧野恭子 申請人:日本礙子株式會社