专利名称：形成陶瓷蜂窝体制品的方法
技术领域：
本发明一般涉及多孔陶瓷蜂窝体制品，更具体而言，本发明涉及用作过滤材料的堇青石多孔陶瓷蜂窝体制品。
背景技术：
陶瓷蜂窝体制品广泛用作车辆排气系统中的抗污染设备，既用作汽车中的催化转化器基材，又用作柴油动力车辆中的微粒过滤器。用于这些应用的陶瓷蜂窝体制品是由薄的多孔陶瓷壁的矩阵形成，该多孔陶瓷壁限定了多个平行的气体传导通道。在用作含有汽油发动机的汽车中的催化基材的陶瓷蜂窝体制品中，气体传导通道在两端都是开放的。将催化涂料施用在所述壁的外表面。流经通道的废气在壁的表面上与催化涂层接触。这些蜂窝体制品称作流通型基材。在柴油机系统中，废气也在壁的表面上与催化涂层接触。在柴油机应用中，陶瓷蜂窝体制品还在交替的气体传导通道中具有端塞，以迫使废气通过多孔通道壁，用来在废气排放之前捕 获并过滤出烟炱和灰微粒。这些陶瓷蜂窝体基材称作陶瓷壁流式微粒过滤器，更具体而言，称作柴油机微粒过滤器。用于汽车和柴油机应用中的蜂窝体制品经历的极端温度波动使得陶瓷蜂窝体制品易于发生温度诱导的开裂，其将导致蜂窝体制品的劣化。因此，需要不易受热诱导而产生裂纹的替代多孔陶瓷蜂窝体制品以及制造该制品的替代方法。
发明内容
在一个实施方式中，一种制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法包括将以下无机组分的批料与加工助剂进行混合以形成增塑的批料，所述无机组分包括:dpt5(l ( 10微米的滑石、dps50 ( 20微米的二氧化硅形成源、中值粒径dpa5(l小于或等于10.0微米的氧化铝形成源和Clpp50 ( 20微米的成孔剂；其中dpp5(l是成孔剂的中值粒径，dps50是二氧化硅形成源的中值粒径，dpa50是氧化铝形成源的中值粒径，以及dpt50是滑石的中值粒径。然后通过将所述增塑的批料挤出并干燥，使所述增塑的批料形成生坯蜂窝体制品。然后在能够使所述生坯蜂窝体制品有效形成多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，形成包含堇青石晶相且微裂纹参数(Nb3)为约0.05-0.25的多孔陶瓷蜂窝体制品。然后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，使得在接触微裂条件之后，所述多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数(Nb3)比接触微裂条件之前的微裂纹参数至少高20%。在另一个实施方式中，一种制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法包括将无机组分的批料与加工助剂进行混合以产生增塑的批料。然后将所述增塑的批料形成生坯蜂窝体制品，在能够使所述生坯蜂窝体制品有效形成多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，形成包含堇青石晶相且微裂纹参数(Nb3)为约0.05-0.25的多孔陶瓷蜂窝体制品。烧制之后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，所述微裂条件包括将所述多孔陶瓷蜂窝体制品加热至至少400°C的峰值温度，并以至少200°C /小时的速率使所述多孔陶瓷蜂窝体制品冷却。待接触微裂条件后，所述多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数(Nb3)比接触微裂条件之前的微裂纹参数至少高20%。在另一个实施方式中，一种制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法包括将无机组分的批料与加工助剂进行混合以产生增塑的批料。然后，将所述增塑的批料形成生坯蜂窝体制品，在能够使所述生坯蜂窝体制品有效形成多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，形成包含堇青石晶相且微裂纹参数(Nb3)为约0.05-0.25、在约25-800°C内热膨胀系数(CTE)为约7.0x10^-15.0xlO^V0C> df为小于或等于约0.4的多孔陶瓷蜂窝体制品，其中df= (d50-d10)/d50O烧制之后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，所述微裂条件包括将所述多孔陶瓷蜂窝体制品加热至至少400°C的峰值温度，并以至少200°C /小时的速率使所述多孔陶瓷蜂窝体制品冷却，使得所述多孔陶瓷蜂窝体制品在接触微裂条件之后的微裂纹参数(N·b3)比接触微裂条件之前的微裂纹参数至少高20%，在约25-800°C内热膨胀系数(CTE)为约1.0x10-7-10.0叉10_7/1:，且df为小于或等于约0.4。在以下的详细描述中提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，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。应理解，前面的一般性描述和以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。附图以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。
图1示意性地描述了根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的多孔陶瓷蜂窝体制品；图2示意性地描述了根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的多孔陶瓷蜂窝体制品；图3是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品在接触微裂条件之前的SEM显微图；图4是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品在接触微裂条件之后的SEM显微图；图5是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的穿过烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品主体的抛光轴向截面50倍放大的SEM显微图；图6是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的穿过烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品主体的抛光轴向截面250倍放大的SEM显微图；图7是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品表面50倍放大的SEM显微图；图8是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品表面250倍放大的SEM显微图；图9是根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式的烧制的多孔陶瓷蜂窝体制品表面500倍放大的SEM显微图；以及图10图示性地描述了根据本文所显示和描述的一个或多个实施方式制造多孔陶瓷蜂窝体的示例性烧 制方案。
具体实施例方式下面详细参考多孔陶瓷蜂窝体制品的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。图1显示多孔陶瓷蜂窝体制品的一个实施方式的示意图。该多孔陶瓷蜂窝体制品由堇青石陶瓷材料构成，该材料的微裂纹参数Nb3较低，在烧制后和接触微裂条件之前在约25-800°C的温度范围内CTE较高，并且热冲击极限(TSL)较低。待多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件后，该多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数提高至少20%，该多孔陶瓷蜂窝体制品的CTE在约25-800°C温度范围内降低，且该多孔陶瓷制品的TSL提高。本文所述的多孔陶瓷蜂窝体制品可在没有使用预先钝化涂层的情况下进行修补基面涂覆(washcoated)。本文将详细描述多孔陶瓷蜂窝体制品以及制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法。如本文中所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代形式，除非文中另有明确说明。因此，例如当描述“二氧化硅形成源”或“氧化铝形成源”的时候，可以涉及包括两个或更多个所述形成源的方面，除非文中明确地有相反的说明。如本文所用，除非有具体的相反表示，有机组分的“重量％”或“重量百分数”是以包含该组分的总无机物的总重量为基准的。在本文中，所有的有机加入组分，例如成孔剂和粘合剂都是以所用无机组分为100%计而额外加入的。如上述简要讨论，我们发现由本文所述的堇青石多孔陶瓷蜂窝体制品制造的过滤器在烧制后在约25-800°C的温度范围内其CTE较高且相应的热冲击极限(TSL)低。然而，在接触微裂条件后，本文所述多孔陶瓷堇青石蜂窝体制品在约25-800°C的温度范围内的CTE较低，且热冲击极限(TSL)较高。应理解，除非另有说明，本文所用的CTE是在指定的温度范围内在所述制品的至少一个方向上的热膨胀系数。在接触微裂条件后CTE和TSL的提高是由于在接触微裂条件后微裂纹的体积增加，如接触微裂条件后微裂纹参数Nb3增大所示。更具体而言，在接触微裂条件后，多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数Nb3至少增大20%。所述微裂纹参数Nb3由到1200°C为止的弹性模量(Enwd)加热曲线得到，并且是所述制品的微裂纹体积的间接度量参数。按照下式计算Nb3:
权利要求
1.一种制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法，该方法包括: 将以下无机组分的批料与加工助剂进行混合，形成增塑的批料，所述无机组分包括:Clpt50 ( 10微米的滑石、dps50 ( 20微米的二氧化硅形成源、中值粒径dpa5Q小于或等于10.0微米的氧化铝形成源和dpp5(l ( 20微米的成孔剂；其中，dpp50是成孔剂的中值粒径，dps50是二氧化硅形成源的中值粒径，dpa50是氧化铝形成源的中值粒径，以及dpt5(l是滑石的中值粒径； 将所述增塑的批料制成生坯蜂窝体制品； 在足以形成这样的多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，即该多孔陶瓷蜂窝体制品包含堇青石晶相且微裂纹参数(Nb3)为约0.05-0.25 ； 烧制之后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，在接触所述微裂条件之后，所述多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数(Nb3)比接触所述微裂条件之前的微裂纹参数至少高20%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机组分的批料还包括dpc;5(l( 5微米的粘土，其中，dpc50是粘土的中值粒径。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微裂条件包括热循环。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在热循环过程中，所述多孔陶瓷蜂窝体制品达到至少400°C的峰值温度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，待所述多孔陶瓷蜂窝体制品达到所述峰值温度后，以至少200° C/小时的速率使所述多孔陶瓷蜂窝体制品冷却。
6.如权利要求3所述的方 法，其特征在于，在向所述多孔陶瓷蜂窝体制品施涂修补基面涂料后进行所述热循环。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有热膨胀系数(CTE)，所述热膨胀系数在接触微裂条件之前在约25-800°C内为约7.0x10^-15.0xlO—7/。C，并且所述热膨胀系数在接触微裂条件之后在约25-800°C内为约1.0xl0_7-10.0x10^7° Co
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有df，所述df在接触微裂条件之前和之后均为小于或等于约0.4。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有表面孔隙率，所述表面孔隙率在接触微裂条件之前和之后均为约38-45%。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，3.0微米彡dpt50 ( 10.0微米。
11.一种制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法，该方法包括: 将无机组分的批料与加工助剂进行混合，形成增塑的批料； 将所述增塑的批料制成生坯蜂窝体制品； 在足以形成这样的多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，即该多孔陶瓷蜂窝体制品包含堇青石晶相且微裂纹参数Nb3为约0.05-0.25 ； 烧制之后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，所述微裂条件包括将所述多孔陶瓷蜂窝体制品加热至至少400°C的峰值温度，并以至少200°C /小时的速率使所述多孔陶瓷蜂窝体制品冷却，在接触微裂条件之后，所述多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数(Nb3)比接触微裂条件之前的微裂纹参数至少高20%。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述微裂条件在向所述多孔陶瓷蜂窝体制品施涂修补基面涂料后发生。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有热膨胀系数(CTE)，所述热膨胀系数在接触微裂条件之前在约25-800°C内为约7.0x10^-15.0xlO—7/。C，并且所述热膨胀系数在接触微裂条件之后在约25-800°C内为约1.0xl0_7-10.0x10^7° Co
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有df，所述df在接触微裂条件之前和之后均为小于或等于约0.4，其中df=(d5C1-d1(l)/d5CI。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有df，所述df在接触微裂条件之前和之后均为小于或等于约0.3，其中df=(d5C1-d1(l)/d5CI。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有df，所述df在接触微裂条件之前和之后均为小于或等于约0.2，其中df=(d5C1-d1(l)/d5CI。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有表面孔隙率，所述表面孔隙率在接触微裂条件之前和之后均为约38-45 %。
18.一种制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法，该方法包括: 将无机组分的批料与加工助剂进行混合，形成增塑的批料； 将所述增塑的批料制成生坯蜂窝体制品； 在足以形成这样的多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，即所述多孔陶瓷蜂窝体制品包含堇青石晶相、微裂纹参数(Nb3)为约0.05-0.25、在约25-800°C内热膨胀系数(CTE)为约7.0χ1(Γ7-15.(^1()-7/1:，且df为小于或等于约0.4，其中df — (d50_d10) /dgg ； 烧制之后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，所述微裂条件包括将所述多孔陶瓷蜂窝体制品加热至至少600°c的峰值温度，并以至少200°C /小时的速率使所述多孔陶瓷蜂窝体制品冷却，待接触微裂条件后，所述多孔陶瓷蜂窝体制品的微裂纹参数(Nb3)比接触微裂条件之前的微裂纹参数至少高20%，在约25-800°C内热膨胀系数(CTE)为约1.0χ1(Γ7-10.0xlO^V0C，且 df 为小于或等于约 0.4。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述微裂条件在向所述多孔陶瓷蜂窝体制品施涂修补基面涂料后发生。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有df，所述df在接触微裂条件之前和之后均为小于或等于约0.3。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有df，所述df在接触微裂条件之前和之后均为小于或等于约0.2。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有表面孔隙率，所述表面孔隙率在接触微裂条件之前和之后均为约38-45 %。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有总孔隙率(％ P)，所述表面孔隙率在接触微裂条件之前和之后均为约50-70%。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有表面孔隙率/总孔隙率比，所述表面孔隙率/总孔隙率比在接触微裂条件之前和之后均为大于约0.5。
25.如权利要求18 所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品还具有平均孔径(d5CI)，所述平均孔径在接触微裂条件之前和之后均为约7-16微米。
26.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品在接触微裂条件之后还具有大于1000°C的热冲击极限。
27.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品具有200/10几何特性，并且还具有断裂模量(MOR)，所述断裂模量在接触微裂条件之前为大于约300psi，所述断裂模量在接触微裂条件之后为大于约200psi。
28.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷蜂窝体制品具有200/10几何特性，并且还具有弹性模量(Esfod),所述弹性模量在接触微裂条件之前为大于约3.0xl05psi，所述弹性模量在接触微裂条件之后为大于约2.0xlO5Psi。
29.如权利要求18所述的方法，其特征在于，通过X射线衍射测量，所述堇青石晶相的含量占所述多孔陶瓷蜂窝体制品的质量为大于95%。
30.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述足以形成包含堇青石晶相的多孔陶瓷蜂窝体制品的烧制条件包括加热至约1425-1435°C的保温温度。
31.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述无机组分的批料包括:dpt5(l( 10微米的滑石、dps5(l ( 20微米的二氧化硅形成源、中值粒径dpa5(l小于或等于10.0微米的氧化铝形成源和dpp5(l ( 20微米的成孔剂；其中dpp5(l是成孔剂的中值粒径，dps50是二氧化硅形成源的中值粒径，dpa50是氧化铝形成源的中值粒径，以及dpt5(l是滑石的中值粒径。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述无机组分的批料还包括dpc;5(l( 10微米的粘土，其中，dpc50是粘 土的中值粒径。
全文摘要
本文公开了制造多孔陶瓷蜂窝体制品的方法。所述方法包括将无机组分的批料与加工助剂进行混合，形成增塑的批料。所述无机组分的批料包括dpt50≤10微米的滑石、dps50≤20微米的二氧化硅形成源、中值粒径dpa50小于或等于10.0微米的氧化铝形成源和dpp50≤20微米的成孔剂。将所述增塑的批料形成生坯蜂窝体制品，在能够使所述生坯蜂窝体制品有效形成多孔陶瓷蜂窝体制品的条件下对所述生坯蜂窝体制品进行烧制，形成包含堇青石晶相且微裂纹参数Nb3为约0.05-0.25的多孔陶瓷蜂窝体制品。烧制后，使所述多孔陶瓷蜂窝体制品接触微裂条件，这使得其微裂纹参数Nb3提高至少20％。
文档编号C04B38/00GK103249692SQ201180026303
公开日2013年8月14日 申请日期2011年5月26日 优先权日2010年5月28日
发明者缪卫国, 王建国 申请人:康宁股份有限公司