一种大直径薄壁蜂窝陶瓷载体制备方法
【专利摘要】一种大直径薄壁蜂窝陶瓷载体制备方法，（1）选取质量份为单位的原料及混合配比：原料为片状高岭土或粘土25～30份；煅烧高岭土12～15份，粒径小于2μm；活性氧化铝微粉15～20份；片状滑石粉37～40份；硅微粉6～10份，粒径小于6μm；水溶性粘结剂3～10份；水25～30份；（2）原料处理：将原料均匀混合后进行机械捏合，在真空度大于90KPa条件下脱气练制2～3次，再在15～30℃室温下陈腐30h～40h；（3）制备圆柱形湿坯体：将塑性泥料通过蜂窝孔钢模具在压力下挤出，得到圆柱形蜂窝陶瓷湿坯体；（4）制备干坯体及焙烧。
【专利说明】
一种大直径薄壁蜂窝陶瓷载体制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种大直径薄壁蜂窝陶瓷载体及制备方法，属于材料科学领域。
技术背景
[0002]柴油车尾气净化所用的催化剂一般都以整体式蜂窝作为载体。整体式蜂窝是一种薄壁、平行多孔的圆柱体，它的比表面积大，热稳定性好，耐高温，不易破碎。为了适应柴油车动力性强、排气量大的需要，近年来正在开发大规格的蜂窝陶瓷载体和薄壁型蜂窝陶瓷载体，并取得了很大的进展。
[0003]CN104671741 A公开了一种柴油机用大规格蜂窝陶瓷载体的制备方法，该发明包括以下步骤:粉体原料配制;液态添加剂配制;泥料制备;泥坯制备;挤出成型;干燥定型;坯体加工;高温烧成;打磨;植皮。该发明的液态添加剂能提高泥料与模具间的润滑效果，增加泥坯的挤出速度，降低蜂窝陶瓷载体的热膨胀系数。
[0004]CN1827217A公开了一种薄壁堇青石蜂窝陶瓷催化剂载体及制备方法，该发明在于载体原料为12?15%、平均粒径小于2微米的氧化铝微粉，43?47%、平均粒径小于2微米的片状高岭土或粘土微粉，33?37%、平均粒径5?15微米片状滑石微粉，6?12%、平均粒径小于2微米的融熔石英；原料再经过混合、成型、烧成，得到堇青石总量为92?96% ,Al2O3、Mg0、Si02分别为36?37%、13.0?14.0%、50?52%，制备时在混合物料中外加有表面活性剂。制得的600孔/平方英寸蜂窝体堇青石总量达到92?96%，膨胀系数0.8X10—6/°C，孔隙率38?40 %，机械强度和抗冲击性能高，起燃温度下降25?40 V，可使汽车尾气中氮氧化合物及一氧化碳排放减少了5?10%，从而满足了欧m标准要求。
[0005]CN101259637公开了一种高孔密度薄壁蜂窝陶瓷挤出模具及其制造方法，该发明包括如下步骤:确定要设计的孔目数及壁厚；采用比设计的前端导泥孔孔径大0.1mm的钻头，比设计的后端切割槽宽大0.1mm直径的钼丝制成模具半成品;在导泥孔和切割槽表面镀附上至少一层硬质金属材料或硬质陶瓷材料的镀层。由于在常规的模具表面镀附有一镀层，使得该模具能产生出高孔密度、格子壁薄的蜂窝陶瓷，同时由于镀层的硬度大，表面光洁度更好，从而使模具与泥料间的摩擦力减小，因此模具的整体强度和耐性增强，提高了模具的使用寿命。
[0006]CN202137835 U公开了一种薄壁蜂窝陶瓷用模具，该涉及槽壁及位于所述两槽壁之间的槽，所述相对的两槽壁设有相互面对的内表面，所述内表面上覆盖有耐磨层，从而使两耐磨层之间的槽的宽度进一步缩小，解决了现有的模具槽无法进一步变窄的问题。
[0007]但到目前为止，尚未见到有关既具有大规格或大直径、又具有薄壁的圆柱型蜂窝陶瓷载体的报道。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是:提出一种既具有大直径(或大规格)、又具有薄壁的圆柱型蜂窝陶瓷载体，以增大单位重量载体对催化剂的负载量，降低废气通过的背压，以适应大排量柴油车尾气处理的需要。
[0009]本发明的目的是这样实现的:(I)制作大直径、窄槽宽的蜂窝陶瓷压制模具:先将材质为H13型热作工具钢加工成直径为265?355mm，厚度为35?40mm模坯体;采用中走丝机床进行线切割钢模具槽沟，电极丝采用0.07?0.09mm铜包钢线，切割线速度为10m/S，切割次数2?3次;切割成的纵向和横向槽沟互相垂直，同向槽沟间距相等，均为约I?2.6 mm;槽沟宽0.095?0.105mm，槽沟壁表面粗糙度Ra为0.4?0.8μπι;切割后的模具以超声波清洗。
[0010](2)选取原料及混合配比:原料为片状高岭土或粘土25?30份(质量份，下同)，平均粒径小于3μπι(下简称粒径)；煅烧高岭土 12?15份，粒径小于2μπι;活性氧化铝微粉15?20份，粒径小于5μηι;片状滑石粉37?40份，粒径小于15μηι;娃微粉6?10份，粒径小于6μηι;水溶性粘结剂3?10份;水25?30份；
[0011](3)原料处理:将原料均匀混合后进行机械捏合，在真空度大于90KPa条件下脱气练制2?3次，再在15?30 °C室温下陈腐30h?40h，得到塑性泥料。
[0012](4)制备圆柱形湿坯体:将塑性泥料通过钢模具在压力下挤出，得到圆柱形蜂窝陶瓷湿还体，湿还体孔密度为100?300孔/平方英寸，湿还体圆柱形圆面直径为265?355mm，圆柱切割的高度为104?155mm。
[0013](5)制备干坯体及焙烧:将蜂窝陶瓷湿坯体采用微波加热干燥，其微波功率8?12Kw，干燥时间2h?3h，湿坯体的失水率约为12 %?18 % ;再将失水坯体通过程序升温法进行焙烧，先以10?20°C/min升温至1000°C，然后以5?10°C/min升温至1380?1410°C，保温3?6h，自然冷却至100°C以下(或室温)。
[0014](6)焙烧后干坯体精加工:将焙烧后干坯体先用机械剥离掉坯体不规整外壁;然后用塑性泥料在圆柱外侧重新植皮，附着泥料层的厚度为I?2.5mm，确保坯体直径为240-339mm;再将坯体的高度切割为104?155mm;最后微波8?12Kw加热干燥2h?3h，得到成品。
[0015](7)成品性能检测:外观质量及尺寸偏差按照GB/T 25994-2010国家标准的附录A进行检测，抗压强度采用YA-300型电液式压力测试机测定;热膨胀系数采用NETZSCHe Dll-402PC型热膨胀系数检测仪测定;抗热冲击利用马弗炉测定。
[0016]本发明的有益效果:本发明大直径且为薄壁的蜂窝陶瓷，具有通气背压小、比表面积大、单位重量载体的催化剂负载量大等优点。湿坯体在微波干燥后采用程序升温烧成得到干坯体;再通过机械剥离掉坯体不规整外壁并重新植皮、再次切割、微波干燥后得到成品。制得了壁厚为0.1lmm,直径分别为286mm和330mm，高度为152.4mm的蜂窝陶瓷。样品除尺寸和壁厚外，其它性能指标均符合《蜂窝陶瓷》GB/T 25994-2010国家标准规定。本发明提供了大直径、又具有薄壁的圆柱型蜂窝陶瓷载体的制备方法。本发明也能加大催化剂与废气的接触；由于该产品又是大规格，因此能更好适应大排量柴油车尾气处理的需要。
【具体实施方式】
[0017]—种大直径薄壁蜂窝陶瓷制备的实施方式是:(I)制作大直径、窄槽宽的挤压模具:先取一定大小、材质为H13型热作工具钢基材，再用车床、磨床加工成直径为265?355mm，厚度为35?40mm模还体；采用中走丝机床进行线切割，电极丝采用市售0.07?
0.09mm铜包钢线，切割线速度为lOm/s，切割次数2?3次，操作时确保脉宽与脉间的间隔比8?1，脉冲8?1 μ s，控制峰值电流2?3 2 A;切割成的纵向和横向槽沟互相垂直，同向槽沟间距相等，均为约I?2.6mm;槽沟宽0.095?0.105mm，槽沟壁表面粗糙度Ra为0.4?0.8μπι;切割后的模具以超声波清洗。
[0018](2)选取特定原料及混合配比:片状高岭土或粘土25?30份(质量份，下同)，平均粒径小于3μπι(下简称粒径)；煅烧高岭土 12?15份，粒径小于2μπι;活性氧化铝微粉15?20份，粒径小于5μηι;片状滑石粉37?40份，粒径小于15μηι;娃微粉6?10份，粒径小于6μηι;水溶性粘结剂3?10份;水25?30份。水溶性粘结剂为羟甲基纤维素，或羟乙基纤维素，或羟丙基甲基纤维素，或甘油，或乳化蜡，或硬脂酸，或油酸等。
[0019](3)原料处理:将原料均匀混合后进行机械捏合，在真空度大于90KPa条件下脱气练制2?3次，再在15?30 °C室温下陈腐30h?40h，得到塑性泥料。
[0020](4)制备圆柱形湿坯体:将塑性泥料通过模具挤压，得到圆柱形蜂窝陶瓷湿坯体，其孔密度为100?300孔/平方英寸，圆面直径265?355mm，圆柱切割的高度为104?155mm。[0021 ] (5)制备干坯体:将蜂窝陶瓷湿坯体采用微波加热干燥，其微波功率8?12Kw，干燥时间2h?3h，湿坯体的失水率约为12%?18 % ;再将失水坯体通过程序升温法进行焙烧，先以10?20°C/min升温至1000°C，然后以5?10°C/min升温至1380?1410°C，保温3?6h，自然冷却至100°C以下。
[0022](6)干坯体精加工:将干坯体先用机械剥离掉坯体不规整外壁;然后用塑性泥料在圆柱外侧重新植皮，附着泥料层的厚度为I?2.5 mm，确保还体直径为240_339mm ；再将还体的高度切割为104?155mm;最后微波8?12Kw加热干燥2h?3h，得到成品。
[0023](7)成品性能检测:外观质量及尺寸偏差按照GB/T 25994-2010国家标准的附录A进行检测，抗压强度采用YA-300型电液式压力测试机测定;热膨胀系数采用NETZSCHe Dll-402PC型热膨胀系数检测仪测定;抗热冲击利用马弗炉测定。
[0024]实施例1:
[0025]先制作大直径、窄槽宽的挤压模具:取材质为H13型热作工具钢用车床、磨床加工成直径为305mm，厚度为35mm模还体;采用中走丝机床进行线切割，电极丝采用市售0.07mm铜包钢线，切割线速度为lOm/s，切割次数3次，操作时确保脉宽与脉间的间隔比8，脉冲8ys，控制第一次切割峰值电流32A，第二次16A，第三次2A;切割成的纵向和横向槽沟互相垂直，同向槽沟间距相等，均为约1.82mm;槽沟宽0.095mm，槽沟壁表面粗糙度Ra为0.4μπι;切割后的模具以超声波清洗。
[0026]准备特定原料及混合配比:片状高岭土28份(质量份，下同)，平均粒径小于3μπι(下简称粒径)；煅烧高岭土 13份，粒径小于2μπι;活性氧化铝微粉17份，粒径小于5μπι;片状滑石粉39份，粒径小于15μπι;硅微粉8份，粒径小于6μπι;水溶性粘结剂70份;水27份。
[0027]然后将准备的原料充分机械混合、捏合，使之均匀，并在真空度为95KPa下脱气炼制3次，25°C下陈腐30h得到塑性泥料;再将塑性泥料通过模具挤压，得到圆柱形蜂窝陶瓷湿坯体，其孔密度为300孔/平方英寸，圆面直径300mm，圆柱切割的高度为155mm。
[0028]再将蜂窝陶瓷湿坯体采用微波加热干燥，其微波功率1Kw，干燥时间2h，湿坯体的失水率约为16% ;再将失水坯体通过程序升温法进行焙烧，先以15°C/min升温至100tC，然后以7 °C /min升温至1410 °C，保温6h，自然冷却至100 °C以下，得到干坯体。
[0029]最后将干坯体先用机械剥离掉坯体不规整外壁;然后用塑性泥料在圆柱外侧重新植皮，附着泥料层的厚度为2mm，确保还体直径为287mm;再将还体的高度切割为153mm;最后微波I OKw加热干燥2h，得到成品。
[0030]对样品的性能检测结果如下:
[0031 ]圆柱形直径286mm;
[0032]高152.4mm;
[0033]壁厚0.1lmm;
[0034]抗压强度纵向大于2 3MPa，横向大于3.5MPa ；
[0035]热膨胀系数0.9ΧΙΟ—6/Γ。
[0036]实施例2:
[0037]将实施例1中的挤压模具直径由305mm改为355mm，其它步骤均与实施例1相同，对制得的样品检测结果为:
[0038]圆柱形直径330mm;
[0039]高152.4mm;
[0040]壁厚0.1lmm;
[0041 ]抗压强度纵向大于2 3MPa，横向大于3.5MPa ；
[0042]热膨胀系数0.9ΧΙΟ—6/Γ。
[0043]表明圆柱形直径变化对结果基本无影响。
[0044]实施例3:
[0045]将实施例1中的片状高岭土质量份增加至33份，煅烧高岭土减少至8份，其它成分不变，对制得的样品检测结果为:
[0046]圆柱形直径286mm;
[0047]高152.4mm;
[0048]壁厚0.1 lmm;
[0049 ]抗压强度纵向大于17MPa，横向大于2.5MPa ；
[0050]热膨胀系数1.0X10—6/°C。
[0051]表明混合原料中片状高岭土质量份增加和煅烧高岭土质量的减少，对样品抗压强度有一定程度降低。
【主权项】
1.一种大直径薄壁蜂窝陶瓷载体制备方法，其特征是步骤如下: (1)选取质量份为单位的原料及混合配比:原料为片状高岭土或粘土25?30份，粒径小于3μπι;煅烧高岭土 12?15份，粒径小于2μπι;活性氧化铝微粉15?20份，粒径小于5μπι;片状滑石粉3 7?4 O份，粒径小于15 μπι;娃微粉6?1份，粒径小于6 μπι;水溶性粘结剂3?1份;水25?30份； (2)原料处理:将原料均匀混合后进行机械捏合，在真空度大于90KPa条件下脱气练制2?3次，再在15?30 °C室温下陈腐30h?40h，得到塑性泥料； (3)制备圆柱形湿坯体:将塑性泥料通过蜂窝孔钢模具在压力下挤出，得到圆柱形蜂窝陶瓷湿坯体，湿坯体孔密度为100?300孔/平方英寸，湿坯体圆柱形圆面直径为265?355mm，圆柱切割的高度为104?155mm; (4)制备干坯体及焙烧。2.根据权利要求1所述方法，其特征是蜂窝陶瓷湿坯体的加热与焙烧:将蜂窝陶瓷湿坯体采用微波加热干燥，其微波功率8?12Kw，干燥时间2h?3h，湿坯体的失水率为12 %?18% ;再将失水坯体通过程序升温法进行焙烧，先以10?20°C/min升温至1000°C，然后以5?1 °C /min升温至1380?1410 °C，保温3?6h，自然冷却至100 °C以下或室温。3.根据权利要求1所述方法，其特征是模具制备时取一定大小、材质为H13型热作工具钢基材，再用车床、磨床加工成直径为265?355mm，厚度为35?40mm模坯体;采用中走丝机床进行线切割钢模具槽沟，电极丝采用0.07?0.09mm铜包钢线，切割线速度为10m/S，切割次数2?3次，操作时确保脉宽与脉间的间隔比8?10，脉冲8?1ys，控制峰值电流2?32A;切割成的纵向和横向槽沟互相垂直，同向槽沟间距相等，均为约I?2.6 mm;槽沟宽0.0 9 5?0.105mm,槽沟壁表面粗糙度Ra为0.4?0.8μπι;切割后的模具以超声波清洗。4.根据权利要求1所述方法，其特征是焙烧后干坯体的精加工:将焙烧后干坯体先用机械剥离掉坯体不规整外壁;然后用塑性泥料在圆柱外侧重新植皮，附着泥料层的厚度为I?2.5mm，确保还体直径为240?339mm;再将还体的高度切割为104?155mm;最后微波8?12Kw加热干燥2h?3h，得到成品。5.根据权利要求1所述方法，其特征是成品性能检测:外观质量及尺寸偏差按照GB/T25994-2010国家标准的附录A进行检测，抗压强度采用YA-300型电液式压力测试机测定;热膨胀系数采用NETZSCHe D11-402PC型热膨胀系数检测仪测定;抗热冲击利用马弗炉测定。6.根据权利要求1所述方法，其特征是水溶性粘结剂为羟甲基纤维素，或羟乙基纤维素，或羟丙基甲基纤维素，或甘油，或乳化蜡，或硬脂酸，或油酸。
【文档编号】B01J21/16GK106045551SQ201610350367
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】孔秋明, 陈明祥, 孔德双, 谷昌军, 孔亮明, 孔令仁
【申请人】南京柯瑞特种陶瓷股份有限公司