高孔隙率陶瓷的快速烧制方法
【专利说明】高孔隙率陶瓷的快速烧制方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U.S.C. §120要求于2013年7月26日提交的美国专利申请系列号13/ 951840的优先权，本文W该申请为基础且该申请的全部内容通过引用纳入本文。
[000引背景 [0004] 领域
[000引本发明总体上设及对陶瓷体生巧的烧制，更具体而言，设及对铁酸侣陶瓷体的烧 制。 技术背景
[0006] 陶瓷过滤器，特别是具有较大的正面面积的过滤器包含应当在烧制过程中被去除 的有机原材料。运种有机材料可包含于，例如粘合剂（甲基纤维素、聚乙締醇等）、润滑剂、分 散剂、造孔剂(淀粉、石墨W及其它聚合物）中。运些材料可W在有氧气存在的条件下在高于 运些材料的闪点的溫度下烧除。运些材料中的一些也作为挥发性有机化合物(V0C)在害和/ 或例如热氧化器等后处理装置中烧除。运些材料的分解和/或氧化通常会放热且经常会对 材料的收缩或生长产生影响，运可能会产生应力并最终导致开裂。
[0007] 大型或重型陶瓷体的常规烧制方法依靠具有缓慢的加热速率的烧制循环来进行， 例如当加热至低于600°C时，加热速率为4°C/小时~8°C/小时。运些较低的加热速率允许原 始的有机原材料被逐步且完全地去除，从而降低了陶瓷材料中的应力。然而，烧制循环因使 用运些较低的加热速率而被延长，因为可能需要多达130个小时W将陶瓷体生巧加热至600 °C，且结果是整个烧制循环可能需要140个小时~198个小时。
[0008] 因此，存在对具有提高了的加热速率、特别是不超过600°C下的不会导致陶瓷体开 裂的加热速率的烧制循环的需求。
[0009] 发明概述
[0010] 根据一些实施方式，披露了蜂窝陶瓷体生巧的烧制方法。运些方法可包括将蜂窝 陶瓷体生巧从室溫加热至低于或等于大约35(TC的第一溫度，其中，将蜂窝陶瓷体生巧从室 溫加热至第一溫度的操作包括大于或等于大约8(TC/小时的加热速率。可将蜂窝陶瓷体生 巧从第一溫度加热至高于或等于大约80(TC的第二溫度，其中，将蜂窝陶瓷体生巧从第一溫 度加热至第二溫度包括W大于或等于大约9(TC/小时的加热速率进行加热。可将蜂窝陶瓷 体生巧从第二溫度加热至高于或等于大约l〇〇〇°C的第Ξ溫度。蜂窝陶瓷体生巧的直径可大 于或等于大约4.0英寸且小于或等于大约9.0英寸。蜂窝陶瓷体生巧可包含碳基造孔剂，所 述碳基造孔剂的浓度可大于或等于大于10重量％且小于或等于大约48重量％。蜂窝陶瓷体 生巧可包含用于形成铁酸侣陶瓷体的侣原材料。
[0011] 在一些实施方式中，可W大于或等于大约90°C/小时的单一加热速率将蜂窝陶瓷 体生巧从室溫加热至第二溫度，或从室溫加热至第Ξ溫度。
[0012] 在一些实施方式中，W大于或等于大约200°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生巧 从室溫加热至第一溫度。
[0013] 在一些实施方式中，将蜂窝陶瓷体生巧从室溫加热至第一溫度包括W大约130°C/ 小时~大约170°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生巧从室溫加热至大约90°C~大约200°C 的溫度，并W小于或等于大约15°C/小时的加热速率将该蜂窝陶瓷体生巧从大约9(TC~大 约200°C的溫度加热至第一溫度。
[0014] 在一些实施方式中，将蜂窝陶瓷体生巧从室溫加热至第一溫度包括W大约7(TC/ 小时~大约90°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生巧从室溫加热至大约90°C~大约110°C 的溫度，W大约40°C/小时~大约60°C/小时的加热速率将该蜂窝陶瓷体生巧从大约90°C~ 大约110°C的溫度加热至大约140°C~大约160°C，W大约15°C/小时~大约35°C/小时的加 热速率将该蜂窝陶瓷体生巧从大约140°C~大约160°C的溫度加热至大约190°C~大约210 °C的溫度，并W小于或等于大约15°C/小时的加热速率将该蜂窝陶瓷体生巧从大约190°C~ 大约210°C的溫度加热至第一溫度。
[0015] 在W下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括W下详细描述、权利 要求书在内的本文所述的实施方式而被认识。
[0016 ]应理解，前面的一般性描述和W下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提 供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。
[0017] 附图的简要说明
[0018] 图1图示了一种根据本发明的一种实施方式的循环的加热速率。
[0019] 发明详述
[0020] 下面将对用于烧制蜂窝陶瓷体生巧的烧制循环的实施方式进行详细描述。根据一 些实施方式，一种烧制蜂窝陶瓷体生巧的方法包括按照四个阶段在害内对蜂窝陶瓷体生巧 进行加热。在一些实施方式中，第一阶段包括W-种或多种加热速率将蜂窝陶瓷体生巧从 室溫加热至低于或等于大约350°C的第一溫度。在第二阶段中，W大于或等于大约90°C/小 时的加热速率将蜂窝陶瓷体生巧从第一溫度加热至第二溫度。在第Ξ阶段中，可W-种或 多种加热速率将蜂窝陶瓷体生巧从第二溫度加热至第Ξ溫度。可将蜂窝陶瓷体在第Ξ溫度 下保溫预定长度的时间。在第四阶段中，可将蜂窝陶瓷体生巧加热至最高均热溫度并保溫 一段时间，运段时间的保溫足W去除蜂窝陶瓷体生巧上的残留碳。第一、第二和第Ξ阶段中 的加热速率可W相同或不同。在一些实施方式中，第一和第二阶段中的加热速率可在很大 程度上取决于被加热的陶瓷体的尺寸和害内的氧气量而变化。
[0021] 在一些实施方式中，蜂窝陶瓷体生巧可包含例如氧化侣的含侣原材料和例如金红 石型二氧化铁的含铁原材料，运些材料在烧制的时候形成铁酸侣巧体。在一些实施方式中， 铁酸侣巧体可具有铁板铁矿的晶体结构。铁酸侣的量大于陶瓷体的30%。
[0022] 在一些实施方式中，原材料可包含含儀材料，例如滑石或MgO。可W将含儀材料加 入原材料中W形成铁酸儀，铁酸儀与铁酸侣形成固溶体，W使铁酸儀形成铁板铁矿相的大 约20%。铁酸侣的量与铁酸儀的量之和占陶瓷体的50~100%。在其它实施方式中，原材料 可不含含儀材料，W使铁板铁矿相中的铁酸侣超过铁板铁矿相的95%。
[0023] 在一些实施方式中，组合物可具有大约10%~大约55%或甚至为大约15%~大约 50 %的挤出助剂、粘合剂和造孔剂等追加组分。形成的蜂窝陶瓷体可W具有高孔隙率。在一 些实施方式中，蜂窝陶瓷体的孔隙率可为大约40%~大约65%，或甚至为大约45%~大约 65%。在一些实施方式中，蜂窝陶瓷体的孔隙率可为大约50%~大约65%，例如大约60%。
[0024] 组合物中可包含一种或多种碳基造孔剂。在一些实施方式中，造孔剂可选自淀粉、 石墨、经过加工的聚合物材料或它们的混合物。在一些实施方式中，组合物中所包含的造孔 剂追加组分的总量可大于或等于组合物的大约10重量％且小于或等于组合物的大约50重 量％。在一些实施方式中，造孔剂的总量可大于或等于组合物的大约20重量％且小于或等 于组合物的大约34重量％。在包含淀粉和石墨的混合物的实施方式中，组合物中淀粉的量 可大于或等于组合物的大约10重量％且小于或等于组合物的大约30重量％，而所包含的石 墨的量可大于或等于组合物的0重量％且小于或等于组合物的大约16重量％。然而应当理 解的是，根据实施方式，可W使用石墨和淀粉的任意组合。
[0025] 相对于非有机固体的作为追加组分的造孔剂的重量百分数是按照下式计算得到 的：
[0026]
[0027]如下面将要阐述的，蜂窝陶瓷体的所需尺寸可能会对Ξ个阶段中的每一个阶段的 加热速率产生影响。在一些实施方式中，可对更大的蜂窝陶瓷体生巧使用更低的加热速率， 而对更小的蜂窝陶瓷体生巧使用更高的加热速率。在一些实施方式中，可W在第一阶段中 使用多种加热速率W帮助将蜂窝陶瓷体生巧在处理的第一阶段中的开裂降到最低。在一些 实施方式中，蜂窝陶瓷体的直径可大于或等于大约4.0英寸且小于或等于大约9.0英寸，或 甚至大于或等于大约6.3英寸且小于或等于大约7.5英寸。在一些实施方式中，蜂窝陶瓷体 生巧的直径可大于或等于大约5.5英寸且小于或等于大约6.0英寸。在一些实施方式中，蜂 窝陶瓷体可具有大约4.66英寸的直径和大约9.0英寸的长度，或具有大约5.66英寸的直径 和大约6.0英寸的长度。在其它实施方式中，蜂窝陶瓷体可具有大约5.66英寸的直径和大约 7.5英寸的长度，或具有大约6.3英寸的直径和大约6.5英寸的长度。在另一种实施方式中， 蜂窝陶瓷体可具有大约7.5英寸的直径和大约6.5英寸的长度。
[002引第一阶段
[0029] 在一些实施方式中，本烧制方法的第一阶段可包括将蜂窝陶瓷体生巧从室溫加热 至低于或等于大约350°C的第一溫度。在一些实施方式中，第一溫度可低于或等于大约300 °C，或甚至低于或等于大约280°C。在一些实施方式中，第一溫度可高于或等于大约240°C。 应当理解的是，如本文中所用，室溫并不受到特别地限定且可包括陶瓷体和/或害在烧制方