碳化硅蜂窝陶瓷泥料及其生产工艺和切断装置的制造方法
【专利说明】碳化硅蜂窝陶瓷泥料及其生产工艺和切断装置 所属技术领域
[0001] 本发明涉及碳化硅陶瓷材料，特别是一种碳化硅蜂窝陶瓷泥料及其生产工艺和切 断装置。
【背景技术】
[0002] 碳化硅蜂窝陶瓷是近年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。由最早 使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业 中，而且越来越广泛陶瓷蜂窝不仅具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度、优良的抗氧 化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能（强度、抗蠕变 性等）是已知陶瓷材料中最佳的。专利申请号200610106781. 8、名称"壁流式蜂窝陶瓷载 体配料及拌泥方法"，该专利中的配料采用单一纯碳化硅粉末，添加面粉水溶液充分搅拌， 密封存储保存。缺点：1.配料中作为蜂窝陶瓷孔道骨架的纯碳化硅粉末粒度峰值单一，不 利于多元化孔径通道的形成，无法获得高捕集率的蜂窝陶瓷载体。2.搅拌方式易形成扬尘， 搅拌机滚桶易吸附质量较轻的粉末，搅拌粉末混合不均匀。3.面粉混合溶液易形成团聚现 象，且易沉淀。4.陈腐保存过程泥坯表面水分易挥发，形成的硬料颗粒易堵塞挤出模具，造 成部分蜂窝陶瓷通道壁拉伤或缺失。
[0003] 且在挤压成型后，需要根据蜂窝陶瓷制品的所需长度，对蜂窝陶瓷泥坯进行切断， 传统的蜂窝陶瓷泥坯切断采用人工定位切割的方式，通过目测确定泥坯长度，根据需要尺 寸通过人工将挤压成型后的泥坯进行切断，在切断过程中出现的主要问题有：1、由于切断 力度的不同，极易导致泥坯切割面变形和泥坯头部弯曲；2、切头形状不一，无法保证泥坯内 通道质量；3、由于上述因素造成二次切割时，切头损失量较大，造成蜂窝陶瓷泥料的利用率 低等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决现有技术存在的缺陷，首先是提供一种以不同粒径的碳化硅 粉末作为孔道骨架，若干添加剂为辅料，混合成为高塑性和高粘性的一种碳化硅蜂窝陶瓷 泥料及生产工艺，其次是提供一种结构简单、切断面质量好的碳化硅蜂窝陶瓷泥坯切断装 置。
[0005] 本发明的技术方案是：一种碳化硅蜂窝陶瓷泥料，其特征在于碳化硅蜂窝陶瓷泥 料是以重量百分比为5-20%的粒径为0. 5-1. 5 μπι的碳化硅粉末，70-90%的粒径为6-20 μπι 的碳化硅粉末和4-10%的粒径为15-40 μ m的碳化硅为主料，辅料的重量百分比是以主料为 配重基数，其中：粘结剂为碳化硅主料重量的4-11%、造孔剂为碳化硅主料重量的6-10%、润 滑剂为碳化硅主料重量的4-20%、高聚物脱模剂为碳化硅主料重量的0. 5-5%、水为碳化硅 主料重量的15-30%、增塑剂为碳化硅主料重量的1-5%。
[0006] 粘结剂为纯度在98%以上的羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种 或两种以上的任意比例复配； 造孔剂为纯度在98%以上、粒度在15-30微米的石墨、碳粉、煤粉中的一种或两种以上 的任意比例复配； 润滑剂为纯度在99%以上的乙醇、桐油、机油中的一种或两种以上的任意比例复配； 增塑剂为纯度在98. 5 %以上的甘油、多元醇、乙基甲基硫酸铵中的一种或两种以上的 任意比例复配。
[0007] 水采用纯水。
[0008] 一种碳化硅蜂窝陶瓷的生产工艺，其工艺步骤为： 1) 混料：将三种不同粒径的碳化硅主料加入搅拌机中，搅拌5-75分钟； 2) 在碳化硅主料充分混合后，加入粘结剂、造孔剂，搅拌10-30分钟后，加入润滑剂、脱 模剂搅拌30-60分钟，然后加入水和增塑剂，搅拌30-60分钟后，将泥料装袋、抽真空密封， 放置3-5天进行陈腐； 3) 捏合炼泥：将上述陈腐后的泥料放入捏合机中进行捏合炼泥，炼泥时间1-2小时后， 将泥料装袋、抽真空密封，二次陈腐3-5天； 4) 真空挤压机反复走料：将上述二次陈腐后的泥料放入真空挤压机中，反复挤压 0. 5-2小时； 5) 挤压成型：将反复挤压后的泥料放入挤压机中进行挤压成型为碳化硅蜂窝陶瓷泥 坯； 6) 切料：在挤压机的出料口和输送带之间安装有切割装置，通过切割装置将挤出的碳 化硅蜂窝陶瓷泥坯定长切断； 7) 干燥定型：将上述切断的泥坯放置在平整、干燥的纸板上，放置10-30分钟，然后依 次放入制作好的石膏模具中进行脱水定型〇. 5-2天后，取出石膏模具中的坯体，进行烘干； 8) 端面封堵：对上述烘干后的碳化硅蜂窝陶瓷坯体两端面进行间隔交替封堵； 9) 烧结：将封堵干燥后的坯体装入石墨坩埚内，进行烧结后得到高空隙率、高强度的蜂 窝陶瓷产品。
[0009] 上述捏合炼泥过程中，每隔5-10分钟调整捏合机的转动方向。
[0010] 上述工艺步骤中的两次陈腐过程是将泥料放置在不透光的室内架子上，保持室内 温度在10-25°C左右，空气湿度在40%-70%条件下静置。
[0011] 上述干燥定型工艺步骤中，烘干过程是采用微波炉分两次烘干，第一次烘干时间 1-5分钟，温度降至室温后，再次进行第二次烘干，烘干时间5-10分钟。
[0012] 一种碳化硅蜂窝陶瓷泥坯挤压成型的切断装置，包括挤压机和安装在挤压机出口 处的传送带，其特征在于在挤压机出口和传送带之间安装有自动切割装置，自动切割装置 是由垂直固定的气缸或液压缸和固定在气缸或液压缸下端的门形框组成，门形框的上梁与 气缸中的活塞杆端部相连，在门形框两侧的立柱端部分别安装有线轮和切割线固定装置， 切割线一端通过切割线固定装置进行固定，切割线另一端缠绕在线轮上，在与气缸或液压 缸的进口和出口相连的管路上，安装有电磁阀，电磁阀与控制装置相连。
[0013] 在于在传送带的机架上安装有位置传感器，位置传感器与控制装置相连。
[0014] 上述位置传感器为红外线传感器。
[0015] 上述切割线为直径0.3 - Imm的钼丝。
[0016] 本发明技术方案的优点在于： (1) 使用不同粒径的碳化硅粉末作为孔道骨架，有利于多元化孔径通道的形成； (2) 采用石墨、碳粉、煤粉做为造孔剂，更有助于烧结形成微孔。
[0017] (3)泥料经过两次陈腐后捏合炼泥，使泥料更具有粘结性和塑性，增大了泥料的密 度，提高挤出蜂窝泥坯的通道质量和数目； (4) 采用由于采用气缸或液压缸带动切割线对挤压出的泥料进行切断，就可有效的保 证对泥料切断过程的速度平稳，从而保证了泥料切断面的平整； (5) 采用直径为0. 3 - Imm的钼丝作为切割线，由于钼丝的强度高、耐磨性好，可有效延 长切割时间，减少更换切割线的时间； (6) 本装置结构简单、合理，非常适合在批量生产过程中使用，可有效提高泥料切断的 质量和效率。
[0018] 本发明以不同粒径的碳化硅粉末作为孔道骨架，若干添加剂为辅料，混合成为高 塑性和高粘性的泥料，经挤出、烧结，蜂窝陶瓷的各项性能有了大幅度的提高。例如显气孔 率现有技术的数值在15-35%，利用本技术方案获得的产品为27 - 43%，吸水率现有技术 的数值在12-16%，利用本技术方案获得的产品为16 - 19%，空隙率现有技术的数值在 42-55%，利用本技术方案获得的产品为50-60%，抗压强度A向现有技术的数值多12Mpa， 利用本技术方案获得的产品数值为多15Mpa，抗压强度B向现有技术的数值多3Mpa，利用本 技术方案获得的产品数值为多5Mpa，热抗震性检测以6°C /min升温至650°C，保温30分钟 后，取出在空气中自然冷却至温室为一次，循环共3次，检验结果3次均无裂纹和破损。
[0019] 综上所述，利用本发明提供的技术方案生产出的碳化硅蜂窝陶瓷的各项技术指标 有明显的提尚。
【附图说明】
[0020] 附图1为本发明的切割装置安装结构示意图； 附图2为本发明的切割装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以碳化硅主料100克为例，说明如下。
[0022] 实施例1 : 分别称取粒度在6-20 μ m的碳化硅70克，粒度在15-40 μ m的碳化硅10克，粒度在 0. 5-1. 5 μ m的碳化硅20克。以上述原粉为配重基数，称取羟丙基甲基纤维素4克、碳粉6 克、桐油20克、高聚物脱模剂5克、水30克、甘油5克备用，将甘油与水混合、搅拌成为甘油 水溶液。
[0023] 炼泥步骤如下： 1) 混料：将上述称好的三种不同粒径范围的碳化硅主料加入搅拌机中，搅拌5分钟，使 其混合均匀； 2) 在碳化硅主料充分混合后，加入上述称取的羟丙基甲基纤维素、碳粉搅拌30分钟 后，加入桐油、脱模剂搅拌40分钟，然后加入甘油水溶液搅拌60分钟后，将泥料取出、装袋、 抽真空密封，放置在不透光的室内架子上，保持室内温度在l〇°C左右，空气湿度在40%左右 条件下静置3天进行陈腐； 3) 捏合炼泥：将上述陈腐3天后的泥料放入捏合机中进行捏合炼泥，炼泥1小时后，将 泥料取出、装袋、抽真空密封，二次陈腐5天，陈腐条件与第一次陈腐条件相同； 4) 真空挤压机反复走料：将上述二次陈腐后的泥料放入真空挤压机中，进行反复挤压。 反复挤压过程是将由真空挤压机出料口挤出的泥料，在放入真空挤压机中进行挤压，反复 挤压时间2小时；反复挤压目的是为了使泥料中的气泡排出，同时增大泥块的密度。
[0024] 5)将反复挤压后的泥料放入挤压机中进行挤压成型为碳化硅蜂窝陶瓷泥坯； 6) 切料：在挤压机的出料口和输送带之间安装有切割装置，通过切割装置将挤出的碳 化硅蜂窝陶瓷泥坯定长切断； 7) 干燥定型：将上述切断的泥坯放置在平整、干燥的纸板上，放置30分钟，然后依次放 入制作好的石膏模具中进行脱水定型〇. 5天后，取出石膏模具中的坯体，进行烘干；烘干过 程是采用微波炉分两次烘干，第一次烘干时间5分钟，坯体温度降至室温后，再次进行第二 次烘干，烘干时间10分钟。
[0025] 8)端面封堵：对上述烘干后的碳化硅蜂窝陶瓷坯体两端面进行间隔交替封堵； 9)烧结：将封堵干燥后的坯体装入石墨坩埚内，进行烧结后得到高空隙率、高强度的蜂 窝陶瓷产品。
[0026] 实施例 2-4 : 在实施例1的基础上，改变主料和辅料的配比关系如下表，其余条件不变。
[0027] 主料的配比表单位：克
辅料配比表单位：克
上述炼泥步骤中的两次陈腐过程是将泥料放置在不透光的室内架子上，保持室内温度 在25°C左右，空气湿度在70%左右条件下静置3天。
[0028] 在干燥定型工艺步骤中：将上述切断的泥坯放置在平整、干燥的纸板上，放置10 分钟，然后依次放入制