陶瓷生坯物件的快速干燥的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请根据35U.S.C. § 119,要求2013年5月6日提交的美国临时申请系列第 61/819, 824号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
技术领域
[0002] 本发明涉及对陶瓷生坯物件进行干燥，更具体地，涉及对具有高石墨含量的陶瓷 生坯物件进行快速干燥的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 通过挤出然后加工（S卩，干燥和烧制）形成具有微通道阵列的陶瓷生坯物件，从而 形成陶瓷制品，例如用于产生废气的发动机和相关应用的过滤器和催化转化器。可以通过 如下方式形成陶瓷生坯物件：将包含形成陶瓷的组分的塑化批料或陶瓷前体挤出通过模头 (例如产生蜂窝结构的模头），从而形成形成陶瓷的材料的挤出物。沿着横向于挤出方向来 切割离开挤出机的挤出物，形成生坯物件片。在干燥之后，片材自身可以被横向切割成更短 的片材。在一些情况下，较长的片材被称作"原材（log)"。生坯物件的挤出片含有水分（例 如，10-25重量％ )，并且需要对生坯物件进行干燥然后再形成最终产品（制品）。在一些情 况下，陶瓷生坯物件需要被干燥至大于98% (即，水分含量小于2重量％ )。
[0004] 某些陶瓷生坯物件具有较高的石墨含量，并且被用于制造具有较高孔隙度、较薄 通道壁和整体较低热质量用于快速点火的制品。但是，批料中石墨水平的增加使得得到的 陶瓷生坯物件的干燥是具有挑战性的。具体来说，高石墨陶瓷生坯物件的微波干燥倾向于 是非均匀的，并且会导致会造成生坯物件损坏的过热。
【发明内容】
[0005] 本文的系统和方法涉及通过对挤出形成的低热质量陶瓷生坯物件进行快速且基 本无缺陷干燥。本发明还增强了标准产品的干燥时间。本发明的干燥是通过如下方式实现 的：一旦外部收缩大部分完成之后，通过孔通道的受迫热空气干燥与微波干燥的组合。系统 可以在现有干燥器上进行改进。
[0006] 本发明的一个方面包括对挤出的陶瓷生坯物件进行干燥的方法，所述挤出的陶 瓷生坯物件具有开放纵向孔道阵列以及相对的输入端和输出端。方法包括：对陶瓷生坯 物件进行至少一次微波干燥，至干燥度约为70%，以形成部分干燥的陶瓷生坯物件；以可 操作的方式将部分干燥的陶瓷生坯物件的输入端相对于紧连接热空气（close-coupled hot-air) (CCHA)干燥系统的输出端布置，从而限定了连接间距ΔX，ΔX的值限定如 下：-2"彡ΔΧ< 10";使得CCHA通过陶瓷生坯物件从输入端到输出端，从而对部分干燥的陶 瓷生坯物件进行至少一次CCHA干燥，以形成具有至少98 %的目标干燥度的经干燥的陶瓷 生坯物件；并且其中，陶瓷生坯物件的介电常数ε=ε'+iε "，其限定了损耗因数tan〇) =ε'，/ε，彡 〇· 〇5〇
[0007] 本发明的另一个方面是对挤出的陶瓷生坯物件进行干燥的方法，所述挤出的陶瓷 生坯物件具有开放纵向孔道阵列以及相对的输入端和输出端。所述方法包括：对陶瓷生坯 物件进行干燥，以形成干燥度小于或等于10%的部分干燥的陶瓷生坯物件，其中，所述干燥 包括以连接间距Δχ(Δχ的值限定如下：-2"彡ΔΧ彡10"(-5· 07cm彡ΔΧ彡25. 4cm))进 行第一紧连接热空气（CCHA)干燥；将部分干燥的陶瓷生坯物件干燥至至少98%的目标干 燥度，以形成干燥的陶瓷生坯物件，其中，对部分干燥的陶瓷生坯物件进行干燥包括进行微 波干燥和至少第二CCHA干燥中的至少一种；并且其中，0-10%干燥度的陶瓷生坯物件具有 介电常数ε=ε'+ie"，其限定了损耗因数tan〇) =ε"/ε '彡〇.〇5。
[0008] 本发明的另一个方面是对挤出的陶瓷生坯物件进行干燥的方法，所述挤 出的陶瓷生坯物件具有开放纵向孔道阵列以及相对的输入端和输出端。方法包 括：a)通过进行微波干燥和紧连接热空气（CCHA)干燥中的一种，对陶瓷生坯物件 进行干燥，以形成部分干燥的陶瓷生坯物件，其中，以连接间距ΑΧ(ΔΧ的值限定如 下：_2"<ΔX< 10" (-5. 07cm<ΔX< 25. 4cm))进行CCHA干燥；b)采用a)中进行的微 波干燥或CCHA干燥的另一种，将部分干燥的陶瓷生坯物件干燥至至少98%的目标干燥度， 以形成干燥的陶瓷生坯物件；以及c)其中，陶瓷生坯物件的介电常数ε=ε'+iε"，其限 定了损耗因数tan〇) =ε"/ε '彡〇·〇5〇
[0009] 本发明的另一个方面是用于对挤出的陶瓷生坯物件进行干燥的设备， 所述挤出的陶瓷生坯物件具有开放纵向孔道阵列以及相对的输入端和输出 端。设备包括：至少一个施加器，其用于对陶瓷生坯物件进行微波干燥以形成部 分干燥的陶瓷生坯物件；至少一个施加器，其用于以连接间距ΑΧ(ΔΧ的值限定如 下：-2"彡ΔX彡10"(-5. 07cm彡ΔX彡25. 4cm))进行紧连接热空气（CCHA)干燥并且用于 将部分干燥的陶瓷生坯物件干燥至至少98%的目标干燥度，以形成干燥的陶瓷生坯物件； 以及其中，陶瓷生坯物件的介电常数ε=ε'+iε "，其限定了损耗因数tan(S)=ε"/ ε' 彡 0· 05〇
[0010] 本发明的另一个方面包括用于对挤出的陶瓷生坯物件进行干燥的设 备，所述挤出的陶瓷生坯物件具有开放纵向孔道阵列以及相对的输入端和输 出端。设备包括：至少一个施加器，其用于以连接间距Αχ(Δχ的值限定如 下：-2"彡ΔX彡10"（-5. 07cm彡ΔX彡25. 4cm))进行紧连接热空气（CCHA)干燥并且用 于对生坯物件进行干燥，以形成高至10%干燥度的部分干燥的陶瓷生坯物件；至少一个施 加器，其用于对部分干燥的陶瓷生坯物件进行微波干燥，至大于或等于98%的目标干燥度； 以及其中，0-10%干燥度的陶瓷生坯物件的介电常数ε=ε'+ie"，其限定了损耗因数 tan(δ) =ε" /ε' 多 〇· 05 〇
[0011] 本领域技术人员通过参考以下详细描述、权利要求书和附图，能够进一步理解和 体会本发明的这些优点和其它的优点。
【附图说明】
[0012] 图1是陶瓷生坯物件的等距前视图，并且包括显示了纵向孔道细节的两个放大插 图II和12。
[0013]图2是陶瓷生坯物件的前端视图，显示放大插图缺陷Ζ孔道，其具有变形的Ζ形 状，这是由于微波干燥过程中陶瓷生坯物件的端部相比于中段的不均匀加热引起的。
[0014] 图3是干燥系统的示意图，其包括一系列施加器，陶瓷生坯物件在干燥过程期间 输送通过所述一系列施加器。
[0015] 图4A-4H类似于图3,显示干燥系统配置和相关的陶瓷生坯物件干燥方法，其采用 微波（MW)干燥和紧连接热空气（CCHA)干燥的各种组合。
[0016] 图5A和5B是以-z方向观察施加器的视图，显示了其中的陶瓷生坯物件，并且还 显示了相对于陶瓷生坯物件可操作地布置的CCHA干燥系统，图5B额外地包括丽干燥能 力。
[0017] 图6A-6I是陶瓷生坯物件前视图的放大图，显示了陶瓷生坯物件和CCHA干燥系统 的不同配置，从而显示了CCHA干燥方法。
[0018] 图7A是基于流体动态模拟的连接效率CE(%)与连接间距Ax(cm)的关系图，其 显示了对于4m/s(正方形）和2m/s(三角形）的热空气输入速度Vi，连接效率对于连接间 距的影响。
[0019] 图7B是对于20m/s的输入速度以及40psi(三角形）、60psi(菱形）和80psi(正 方形）的压力，离开速度VE(m/s)与连接间距Δχ(英寸）的关系图。
【具体实施方式】
[0020] 下面详细描述本发明的各种实施方式，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或类似的附图标记和符号来表示相同或类似的部分。附图 不一定成比例，并且本领域技术人员会理解对附图做出简化以显示本发明的关键方面。
[0021] 如下所附的权利要求书结合在该【具体实施方式】中并构成其一部分。
[0022] 出于参考的缘故以及便于描述，在某些附图中显示笛卡尔坐标，它们并不旨在相 对于方向或朝向进行限制。
[0023] 在下文中，术语"干燥度"指的是平均干燥度，其可以通过如下方式确定：称重湿的 陶瓷生坯物件以建立起始重量，然后对生坯物件进行干燥，然后再次称重陶瓷生坯物件，以 起始重量的百分比的形式比较重量损失。
[0024] 图1是示例性陶瓷生