陶瓷的快速烧制方法
【专利说明】陶瓷的快速烧制方法
[0001] 相关申请义叉参考
[0002] 本申请根据35U.S.C. §119,要求2013年3月8日提交的美国临时申请系列第61/ 775,027号的优先权，本文W该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。 【背景技术】 技术领域
[0003] 本文一般地设及烧制生巧陶瓷体，更具体地，设及烧制堇青石生巧陶瓷体。
[0004] 技术背景
[0005] 陶瓷过滤器，特别是大锋面过滤器，包含应该在烧制过程中取出的有机原材料。例 如，粘合剂（甲基纤维素、聚乙締醇等）、润滑剂、分散剂、成孔剂(淀粉、石墨和其他聚合物） 中可能含有此类有机材料。可W在存在氧的情况下，在高于运些材料的闪点的溫度下，烧掉 它们。部分此类材料还作为挥发性有机化合物(V0C)去除，在害和/或后处理设备(例如热氧 化器）中烧掉它们。运些材料的分解和/或氧化通常释放热，并且通常影响材料的收缩或生 长，运可能导致应力并最终引起开裂。
[0006] 当加热到低于600°C的溫度时，用于大型或重型陶瓷体的常规烧制过程依赖于具 有低加热速率(例如，4-8°C/小时）的烧制循环。运些低加热速率允许逐渐且完全地去除有 机原材料，从而降低陶瓷材料中的应力。但是，通过使用运些低加热速率，延长了烧制循环， 其可能需要130小时来将生巧陶瓷体加热到600°C，作为结果，整个烧制循环可能需要140-198小时。
[0007] 因此，存在对于具有增加的加热速率的烧制循环的需求，特别是加热速率高至600 °C，并且不引起陶瓷体中的开裂。
【发明内容】
[000引根据一个实施方式，描述了一种在害中烧制生巧蜂窝陶瓷体的方法，其可降低陶 瓷体中开裂的可能性。方法可包括在四个阶段中加热生巧蜂窝陶瓷体。第一阶段可包括W 第一加热速率将生巧蜂窝陶瓷体从室溫加热到第一溫度，所述第一加热速率约为75-125 °C/小时，所述第一溫度约为250-650°C。第二阶段可包括W第二加热速率将生巧蜂窝陶瓷 体从第一溫度加热到第二溫度，所述第二加热速率小于或等于第一加热速率，所述第二溫 度约为650-950°C。第Ξ阶段可包括W第Ξ加热速率将生巧蜂窝陶瓷体从第二溫度加热到 保持溫度，所述第Ξ加热速率小于或等于第一加热速率，所述保持溫度大于第二溫度。第四 阶段可包括将生巧蜂窝陶瓷体保持在保持溫度，W去除残留碳。
[0009]在另一个实施方式中，描述了在害中烧制生巧蜂窝陶瓷体的第二种方法。方法也 可包括在四个阶段中加热生巧蜂窝陶瓷体。第一阶段可包括W第一加热速率将生巧蜂窝陶 瓷体从室溫加热到第一溫度，所述第一加热速率约为100-125°c/小时，所述第一溫度约为 375-500°C。第二阶段可包括W第二加热速率将生巧蜂窝陶瓷体加热到第二溫度，所述第二 加热速率约为20-75°C/小时，所述第二溫度约为750-800°C。第Ξ阶段可包括W第Ξ加热速 率将生巧蜂窝陶瓷体加热到保持溫度，所述第Ξ加热速率小于或等于第二加热速率，所述 保持溫度约为950-1100°C。第四阶段可包括将生巧蜂窝陶瓷体保持在保持溫度，W去除残 留碳。
[0010] 在上文所述的每个实施方式中，可W控制害中的氧水平，W改善烧制循环的运行。 在一些实施方式中，害中存在的氧含量可W是环境水平或更高。在其他实施方式中，害中存 在的氧含量可W低于环境水平。在上文所述的每个实施方式中，可W在烧制过程中将蒸汽 引入到害中。在一些实施方式中，在烧制过程的各个阶段中引入到害中的蒸汽量可W高至 45体积％。在其他实施方式中，可W在烧制过程中的各个阶段期间没有将蒸汽引入到害中。
[0011] 在W下详细描述中给出了本文的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域 的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括W下详细描述、权利要求书 W及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
[0012] 应理解的是，前面的一般性描述和W下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提 供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方 式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图W图示形式说 明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。 【附图说明】
[0013] 图1显示根据本文的实施方式，对于不同尺寸的陶瓷体，四个阶段中的加热速率；
[0014] 图2显示根据本文的实施方式，在各个加热速率下，不同尺寸的陶瓷体的外表面和 忍之间的溫差；
[0015] 图3显示各种害溫度下的两个陶瓷体的应力，一个使用根据本文的实施方式的烧 制循环，一个使用不根据本文的实施方式的烧制循环；
[0016] 图4显示烧制循环期间，氧的存在对于开裂的影响；W及
[0017] 图5显示烧制循环期间，蒸汽的存在对于开裂的影响。 【具体实施方式】
[0018] 下面将详细参考用于烧制生巧蜂窝陶瓷体的烧制循环的实施方式。根据一些实施 方式，烧制生巧蜂窝陶瓷体的方法包括:在害中，在四个阶段中加热生巧蜂窝陶瓷体。在第 一阶段中，可W将生巧蜂窝陶瓷体W第一加热速率从室溫加热到第一溫度。在第二阶段中， 可W将生巧蜂窝陶瓷体W第二加热速率从第一溫度加热到第二溫度。在第Ξ阶段中，可W 将生巧蜂窝陶瓷体W第Ξ加热速率从第二溫度加热到第Ξ溫度。在第四阶段中，可W将生 巧蜂窝陶瓷体在恒定的溫度保持一段时间，其足W从生巧蜂窝陶瓷体去除残留碳。第一、第 二和第Ξ加热速率可W相同或不同。在一些实施方式中，可W取决于正在进行加热的陶瓷 体的尺寸、害中存在的氧含量W及害中存在的蒸汽量，来改变第一、第二和第Ξ加热速率。
[0019] 在一些实施方式中，陶瓷体的堇青石可W是堇青石型相，其近似为化学计量 Mg2Al4Si5〇i8，（25-800°C的）热膨胀系数大于4Xl〇-V°C且小于13Xl〇-V°C，透过性和孔尺 寸分布满足如下关系：2.108(透过性) + 18.511(总孔体积)+0.1863(4至40微米的孔所占的 总孔体积的百分比）〉24.6,参见例如美国专利第6,541，407号所述，其全文通过引用结合入 本文。但是，应理解的是，本文所掲示的方法的实施方式可用于烧制任意陶瓷材料。
[0020]在一些实施方式中，堇青石组合物可具有超添加有机负载，约为5-50%，或者甚至 约为5-30%。在一些实施方式中，堇青石组合物可具有超添加有机负载，约为5-15%，或者 甚至约为7-12重量％。在其他实施方式中，堇青石组合物可具有约为9-10重量％的超添加 有机负载。在一些实施方式中，组合物可包含如下一种或多种:滑石、粘±或石墨，或其组 合。在一些实施方式中，组合物可包含约占其15-50重量％的滑石。在一些实施方式中，组合 物可包含约占其10-30重量％的粘±。在一些实施方式中，组合物可包含作为其超添加的高 至约20%的石墨。形成的陶瓷体的孔隙度没有特别的限制。在一些实施方式中，形成的陶瓷 体的孔隙度可W约为40-60%，或者甚至约为45-55%。在一些实施方式中，形成的陶瓷体的 孔隙度可W大于约50%，或者甚至大于约55%。
[0021 ]第一阶段
[0022] 在一些实施方式中，烧制方法的第一阶段可包括将生巧蜂窝陶瓷体从室溫加热到 约为250-650°C，例如约为300-600°C，约为350-550°C，约为375-500°C，或者约为400°C。应 理解的是，如本文所用，室溫没有特别的限制，可W包括陶瓷体和/或害在进行烧制方法的 第一阶段之前的任意环境溫度。
[0023] 第一阶段中所使用的加热速率可W是足够高的，W避免蜂窝陶瓷体的开裂。在一 些实施方式中，用于第一阶段的加热速率可W大于或等于约75°C/小时。例如，在一些实施 方式中，用于第一阶段的加热速率可W大于或等于约l〇〇°C/小时。在一些实施方式中，用于 第一阶段的第一加热速率可W小于或等于约125°C/小时，或者甚至小于或等于约80°C/小 时。在一些实施方式中，第一阶段中的加热速率可W约为75°C/小时、约为100°C/小时或者 约为125°C/小时。
[0024] 第一阶段中的加热速率可取决于正在进行烧制的蜂窝陶瓷体的尺寸。例如，可W W