一种高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷及其制备方法与应用与流程

本发明属于陶瓷，尤其涉及一种高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着交通运输业的发展，车辆的数量日益增加，车辆的增加给人类的出行和生活带来了极大的便利，但同时排放的尾气也对环境造成了极大的负担，对人类的身体健康带来了一定的危害。汽车尾气中含有氮氧化物、碳氢化合物、一氧化氮、碳烟颗粒、甲醛等有害物质，尤其是微细粒子以及有致癌突变作用的多环芳烃，会对环境和人体健康造成极大危害。近年来，由于国家对节能减排和可持续发展日益重视，机动车排放标准在不断升级，蜂窝陶瓷因其独特的结构在净化汽车尾气方面得到广泛应用，可以作为载体，为净化尾气的催化剂提供反应场所，也可以作为过滤器去除尾气中的颗粒物。但是，随着排放法规的不断升级，传统的后处理技术难以满足其要求，必须对其进行优化升级，开发满足更严苛法规限制的蜂窝陶瓷新技术，因此薄壁蜂窝陶瓷产品应运而生。同时，薄壁蜂窝陶产品存在着强度低、过滤效率低等缺点，欧七、国七法规对蜂窝陶瓷催化转化效率、过滤效率方面有着更为严苛的要求，因此，开发满足欧七、国七法规的高强度、薄壁蜂窝陶瓷产品是本行业的一个技术难题。

2、目前满足欧六、国六及后市场法规限值标准并且大量应用的蜂窝陶瓷催化剂载体壁厚一般为3-6mil、孔隙率30-40%，蜂窝陶瓷柴油颗粒过滤器壁厚一般为9-12mil、孔隙率45%-55%，蜂窝陶瓷汽油颗粒过滤器壁厚一般为8mil、孔隙率55%-65%，但是世界各地法规及执行标准存在差异，客户需求也存在多元化，随着法规的升级，后处理系统压降的降低成为了关键技术难题之一。在蜂窝陶瓷产品方面，一方面能够通过壁厚的薄壁化降低压降，另一方面通过缩窄微孔分布也能达到降低压降的目的。但蜂窝陶瓷壁厚的薄壁化对产品强度设置了限制条件，孔隙率越高、壁厚越薄，不仅背压越低，陶瓷产品的强度也会大幅度降低，孔隙率、壁厚与强度、背压是一对矛盾点，如何在不影响产品背压的情况下提高蜂窝陶瓷的孔隙率显得尤为重要。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有高孔隙率、薄壁和高强度特性的蜂窝陶瓷。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷，其无机原料中加入有金属硅来完全替代或部分替代二氧化硅。

3、优选的，所述无机原料包括滑石、氧化铝和金属硅。

4、优选的，所述无机原料包括高岭土、水合氧化铝和二氧化硅中的至少一种。

5、优选的，所述无机原料包括高岭土,且所述无机原料中各原料的质量分数分别为：滑石39-40wt%，高岭土6-22wt%，水合氧化铝0-12wt%，氧化铝25-35wt%，二氧化硅0-20wt%，金属硅为余量，其中，金属硅的质量分数换算为以二氧化硅计。

6、优选的，所述无机原料中各原料的规格为：

7、滑石：d50为20-30μm，d97≤90μm；

8、高岭土：d50为2-20μm，d97≤60μm；

9、水合氧化铝：d50为10-20μm，d97≤30μm；

10、氧化铝：d50为7-13μm，d97≤30μm；

11、二氧化硅：粒度d50为10-28μm，d97≤70μm；

12、金属硅的纯度≥98%，粒度d50为1-50μm，d97≤80μm。

13、本发明的目的之二在于提供一种高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷的制备方法。

14、本发明的另一技术方案如下：一种如上所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

15、步骤1：将无机原料、造孔剂和粘结剂混匀得到粉料；

16、步骤2：向粉料中加入水和润滑剂，在捏合并练制成具有塑性的泥段；

17、步骤3：将泥段挤出成蜂窝状结构的生坯体并干燥定型；

18、步骤4：对生坯体进行烧成得到堇青石蜂窝陶瓷体。

19、优选的，所述造孔剂的添加量为无机原料总重的11-18%。

20、优选的，所述步骤2中润滑剂和水的添加量分别为粉料总重的1%和30%。

21、优选的，所述造孔剂为淀粉、石墨、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯聚合物、石墨烯前驱体和果壳粉中的至少一种，且其粒度d50为15-25μm，d97≤65μm。

22、本发明的目的之三在于提供一种如上所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷的应用，用作催化剂载体。

23、本发明的有益效果在于：通过由金属硅替代二氧化硅，这样可实现减薄蜂窝陶瓷壁厚、提高孔隙率后提高强度的目的，解决了随着未来法规的升级后处理系统背压升高以及蜂窝陶瓷强度低带来技术难题，克服了薄壁、高孔隙率、高强度这些矛盾点，开发2mil-9mil薄壁、45-65%孔隙率的蜂窝陶瓷，为欧七、国七市场的多元化需求提供了保障，助力了大气污染治理。

技术特征：

1.一种高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷，其特征在于，其无机原料中加入有金属硅来完全替代或部分替代二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷，其特征在于，所述无机原料包括滑石、氧化铝和金属硅。

3.根据权利要求1所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷，其特征在于，所述无机原料包括高岭土、水合氧化铝和二氧化硅中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷，其特征在于，所述无机原料包括高岭土,且所述无机原料中各原料的质量分数分别为：滑石39-40wt%，高岭土6-22wt%，水合氧化铝0-12wt%，氧化铝25-35wt%，二氧化硅0-20wt%，金属硅为余量，其中，金属硅的质量分数换算为以二氧化硅计。

5.根据权利要求4所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷，其特征在于，所述无机原料中各原料的规格为：

6.一种如权利要求1-5任一项所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂的添加量为无机原料总重的11-18%。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中润滑剂和水的添加量分别为粉料总重的1%和30%。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为淀粉、石墨、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯聚合物、石墨烯前驱体和果壳粉中的至少一种，且其粒度d50为15-25μm，d97≤65μm。

10.一种如权利要求1-5任一项所述的高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷的应用，其特征在于，用作催化剂载体或者过滤器。

技术总结
本发明公开了一种高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷及其制备方法与应用，所述高孔隙率、薄壁、高强度蜂窝陶瓷的无机原料中加入有金属硅来完全替代或部分替代二氧化硅。通过由金属硅替代二氧化硅，这样可实现减薄蜂窝陶瓷壁厚、提高孔隙率的同时提高载体强度的目的，解决了随着未来法规的升级后处理系统背压升高以及蜂窝陶瓷强度低带来技术难题，克服了薄壁、高孔隙率、高强度这些矛盾点，开发2mil‑9mil薄壁、45‑65%孔隙率的蜂窝陶瓷，为欧七、国七市场的多元化需求提供了保障，助力了大气污染治理。

技术研发人员：程国园,潘吉庆,武雄晖,刘洪月,张兆合,黄妃慧,焦雪艳,陈一韬
受保护的技术使用者：山东奥福环保科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21