本发明属于陶瓷加工技术领域，具体涉及一种堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法，尤其利用镁质矿物和粘土为基料，合成与烧结堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
背景技术：
目前国内外用于汽车尾气排放过滤的多孔陶瓷，多为董青石蜂窝陶瓷。通常是先合成董青石或直接选用工业纯董青石，加入适量的粘合机、增塑剂、润滑剂，经和蜡、热压浇注、脱蜡、烧结而成，且董青石蜂窝陶瓷的烧结温度都在1350℃。此种方法工艺复杂，高能耗烧成，制造成本较高。本发明提供一种以天然矿物为基料，加入适量增塑剂，通过高温固相反应，一次性完成合成与烧结堇青石蜂窝陶瓷。
技术实现要素：
本发明针对传统的堇青石蜂窝陶瓷制造工艺复杂、成本高，烧成温度高等问题，提供一种以天然镁质矿物和粘土为基料，添加少量增塑剂，通过高温固相反应，同时进行合成与烧结，一次性完成堇青石蜂窝陶瓷制造。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种堇青石蜂窝陶瓷，所述陶瓷由基料和添加剂组成，所述基料为绿泥石、粘土和石英，所述添加剂为羧甲基纤维素或腐植酸钠。采用羧甲基纤维素或腐植酸钠作为添加剂，有利于提高泥浆的强度，使成型时不易发生分裂，有利于成型。
进一步的，所述绿泥石的分子式为：MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O，所述粘土的分子式为：Al2O3•2SiO2•2H2O，所述石英的分子式为：SiO2。
优选的，所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为：绿泥石35~55%，粘土40~60%，石英5~10%。
更进一步的，所述基料中主要氧化物为：MgO、Al2O3、SiO2，主要氧化物的重量百分比为：MgO10~20%，Al2O330~40%、SiO250~60%。
为实现上述目的，本发明的另一个技术方案如下：一种堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：
S1、原料精选：将硬质基料进行破碎，然后将破碎后的基料通入除铁机器，除去铁杂质；此处除去的铁杂质为三氧化二铁，有利于提高陶瓷的白度；
S2、配料：将经步骤S1的基料，按照基料与添加剂的重量比为99~99.9%：0.1~1%进行配料，形成陶瓷原料；
S3、研磨：将步骤S2配料后的原料，按照原料：球：水的质量比为1:1.5:0.8，进行研磨，形成混合泥浆；
S4、过筛：将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛，备用；
S5、成型和修坏：将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中，挤出成型陶瓷，修整成型陶瓷表面，剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料；
S6、合成与烧成：将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1280~1300℃的氧化气氛中烧结，烧成时间为8~10h，得到堇青石蜂窝陶瓷。
进一步的的，所述步骤S3中的球为球磨子，研磨转速为20~25转/分，研磨温度为40~50℃，研磨时间为20~24h。
更进一步的，所述的步骤S4过筛前进行检测，具体检测步骤为：取经过步骤S3研磨后的混合泥浆，进行烘干处理，形成混合粉末，将混合粉末过250目筛，计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例；当该比例小于或等于0.5%，则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理；当该比例大于0.5%，则继续进行步骤S3的研磨处理。在过筛前进行检测步骤，以防泥浆过稀，不利于成型步骤。
本发明的有益效果为：
（1）本发明以天然镁质矿物和粘土为基料，以羧甲基纤维素或腐植酸钠作为添加剂，优化了陶瓷配方，合成与烧结温度仅为1280~1300℃，生成了主晶相为堇青石2MgO•2Al2O3•5SiO2，使得堇青石蜂窝陶瓷制备工艺简单，降低了烧成温度，节省了约20~25%的能耗；同时，在配方中加入增塑剂为羧甲基纤维素或腐植酸钠，有利于提高泥浆的强度，使成型时不易发生分裂，有利于成型，提高了陶瓷制品的合格品率和优质品率。
（2）本发明公开的堇青石蜂窝陶瓷配方及制备方法中，不仅具有原料来源广泛、工艺简单、烧成温度低、成本廉价的特点，还具有节省能耗，制备的蜂窝陶瓷具有优异的吸附和交换功能，以及良好的热稳定性，其膨胀系数为2~3╳10-6/℃，可用于制造过滤各种废气的各式蜂窝陶瓷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂羧甲基纤维素组成，所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2；所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为：绿泥石40%，粘土50%，石英10%；所述基料中主要氧化物为：MgO、Al2O3、SiO2，主要氧化物的重量百分比为：MgO10%，Al2O340%、SiO250%。
所述制备方法具体步骤如下：
S1、原料精选：按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎，然后将破碎后的基料通入除铁机器，除去铁杂质三氧化二铁；
S2、配料：将经步骤S1的基料，按照基料与添加剂羧甲基纤维素的重量比为99%：1%进行配料，形成陶瓷原料；
S3、研磨：将步骤S2配料后的原料，按照原料：球：水的质量比为1:1.5:0.8，进行研磨，研磨转速为20转/分，研磨温度为40~50℃，研磨时间为20h，形成混合泥浆，所述的球为球磨子；
S4、过筛：将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛，备用；过筛步骤前进行检测，具体检测步骤为：取经过步骤S3研磨后的混合泥浆，进行烘干处理，形成混合粉末，将混合粉末过250目筛，计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例；当该比例小于或等于0.5%，则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理；当该比例大于0.5%，则继续进行步骤S3的研磨处理；
S5、成型和修坏：将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中，挤出成型陶瓷，修整成型陶瓷表面，剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料；
S6、合成与烧成：将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1280℃的氧化气氛中烧结，烧成时间为10h，得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例2
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂羧甲基纤维素组成，所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2；所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为：绿泥石45%，粘土50%，石英5%；所述基料中主要氧化物为：MgO、Al2O3、SiO2，主要氧化物的重量百分比为：MgO 14%，Al2O3 31.5%、SiO2 54.5%。
所述制备方法具体步骤如下：
S1、原料精选：按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎，然后将破碎后的基料通入除铁机器，除去铁杂质三氧化二铁；
S2、配料：将经步骤S1的基料，按照基料与添加剂羧甲基纤维素的重量比为99.5%：0.5%进行配料，形成陶瓷原料；
S3、研磨：将步骤S2配料后的原料，按照原料：球：水的质量比为1:1.5:0.8，进行研磨，研磨转速为23转/分，研磨温度为40~50℃，研磨时间为22h，形成混合泥浆，所述的球为球磨子；
S4、过筛：将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛，备用；过筛步骤前进行检测，具体检测步骤为：取经过步骤S3研磨后的混合泥浆，进行烘干处理，形成混合粉末，将混合粉末过250目筛，计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例；当该比例小于或等于0.5%，则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理；当该比例大于0.5%，则继续进行步骤S3的研磨处理；
S5、成型和修坏：将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中，挤出成型陶瓷，修整成型陶瓷表面，剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料；
S6、合成与烧成：将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1290℃的氧化气氛中烧结，烧成时间为9h，得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例3
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂羧甲基纤维素组成，所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2；所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为：绿泥石55%，粘土40%，石英5%；所述基料中主要氧化物为：MgO、Al2O3、SiO2，主要氧化物的重量百分比为：MgO20%，Al2O330%、SiO250%。
所述制备方法具体步骤如下：
S1、原料精选：按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎，然后将破碎后的基料通入除铁机器，除去铁杂质三氧化二铁；
S2、配料：将经步骤S1的基料，按照基料与添加剂羧甲基纤维素的重量比为99.9%：0.1%进行配料，形成陶瓷原料；
S3、研磨：将步骤S2配料后的原料，按照原料：球：水的质量比为1:1.5:0.8，进行研磨，研磨转速为25转/分，研磨温度为40~50℃，研磨时间为24h，形成混合泥浆，所述的球为球磨子；
S4、过筛：将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛，备用；过筛步骤前进行检测，具体检测步骤为：取经过步骤S3研磨后的混合泥浆，进行烘干处理，形成混合粉末，将混合粉末过250目筛，计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例；当该比例小于或等于0.5%，则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理；当该比例大于0.5%，则继续进行步骤S3的研磨处理；
S5、成型和修坏：将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中，挤出成型陶瓷，修整成型陶瓷表面，剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料；
S6、合成与烧成：将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1300℃的氧化气氛中烧结，烧成时间为8h，得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例4
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂腐植酸钠组成，所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2；所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为：绿泥石40%，粘土55%，石英5%；所述基料中主要氧化物为：MgO、Al2O3、SiO2，主要氧化物的重量百分比为：MgO10%，Al2O330%、SiO260%。
所述制备方法具体步骤如下：
S1、原料精选：按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎，然后将破碎后的基料通入除铁机器，除去铁杂质三氧化二铁；
S2、配料：将经步骤S1的基料，按照基料与添加剂腐植酸钠的重量比为99.3%：0.7%进行配料，形成陶瓷原料；
S3、研磨：将步骤S2配料后的原料，按照原料：球：水的质量比为1:1.5:0.8，进行研磨，研磨转速为24转/分，研磨温度为40~50℃，研磨时间为21h，形成混合泥浆，所述的球为球磨子；
S4、过筛：将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛，备用；过筛步骤前进行检测，具体检测步骤为：取经过步骤S3研磨后的混合泥浆，进行烘干处理，形成混合粉末，将混合粉末过250目筛，计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例；当该比例小于或等于0.5%，则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理；当该比例大于0.5%，则继续进行步骤S3的研磨处理；
S5、成型和修坏：将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中，挤出成型陶瓷，修整成型陶瓷表面，剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料；
S6、合成与烧成：将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1285℃的氧化气氛中烧结，烧成时间为10h，得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例5
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂腐植酸钠组成，所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2；所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为：绿泥石35%，粘土60%，石英5%；所述基料中主要氧化物为：MgO、Al2O3、SiO2，主要氧化物的重量百分比为：MgO13.5%，Al2O332.5%、SiO254.5%。
所述制备方法具体步骤如下：
S1、原料精选：按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎，然后将破碎后的基料通入除铁机器，除去铁杂质三氧化二铁；
S2、配料：将经步骤S1的基料，按照基料与添加剂腐植酸钠的重量比为99.7%：0.3%进行配料，形成陶瓷原料；
S3、研磨：将步骤S2配料后的原料，按照原料：球：水的质量比为1:1.5:0.8，进行研磨，研磨转速为22转/分，研磨温度为40~50℃，研磨时间为23h，形成混合泥浆，所述的球为球磨子；
S4、过筛：将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛，备用；过筛步骤前进行检测，具体检测步骤为：取经过步骤S3研磨后的混合泥浆，进行烘干处理，形成混合粉末，将混合粉末过250目筛，计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例；当该比例小于或等于0.5%，则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理；当该比例大于0.5%，则继续进行步骤S3的研磨处理；
S5、成型和修坏：将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中，挤出成型陶瓷，修整成型陶瓷表面，剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料；
S6、合成与烧成：将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1295℃的氧化气氛中烧结，烧成时间为8.5h，得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例1~5制备的堇青石蜂窝陶瓷性能测试，结果如下表所示：
本发明制备的堇青石蜂窝陶瓷具有优异的吸附和交换功能，以及良好的热稳定性；同时，本发明公开的制备方法工艺简单，降低了烧成温度，节省了约20~25%的能耗。
应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。