高孔隙率陶瓷的快速燒制方法
【專利說明】高孔隙率陶瓷的快速燒制方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. §120要求于2013年7月26日提交的美國專利申請系列號13/ 951840的優(yōu)先權(quán)，本文W該申請為基礎(chǔ)且該申請的全部內(nèi)容通過引用納入本文。
[000引背景 [0004] 領(lǐng)域
[000引本發(fā)明總體上設(shè)及對陶瓷體生巧的燒制，更具體而言，設(shè)及對鐵酸侶陶瓷體的燒 制。 技術(shù)背景
[0006] 陶瓷過濾器，特別是具有較大的正面面積的過濾器包含應(yīng)當在燒制過程中被去除 的有機原材料。運種有機材料可包含于，例如粘合劑（甲基纖維素、聚乙締醇等）、潤滑劑、分 散劑、造孔劑(淀粉、石墨W及其它聚合物）中。運些材料可W在有氧氣存在的條件下在高于 運些材料的閃點的溫度下燒除。運些材料中的一些也作為揮發(fā)性有機化合物(V0C)在害和/ 或例如熱氧化器等后處理裝置中燒除。運些材料的分解和/或氧化通常會放熱且經(jīng)常會對 材料的收縮或生長產(chǎn)生影響，運可能會產(chǎn)生應(yīng)力并最終導(dǎo)致開裂。
[0007] 大型或重型陶瓷體的常規(guī)燒制方法依靠具有緩慢的加熱速率的燒制循環(huán)來進行， 例如當加熱至低于600°C時，加熱速率為4°C/小時~8°C/小時。運些較低的加熱速率允許原 始的有機原材料被逐步且完全地去除，從而降低了陶瓷材料中的應(yīng)力。然而，燒制循環(huán)因使 用運些較低的加熱速率而被延長，因為可能需要多達130個小時W將陶瓷體生巧加熱至600 °C，且結(jié)果是整個燒制循環(huán)可能需要140個小時~198個小時。
[0008] 因此，存在對具有提高了的加熱速率、特別是不超過600°C下的不會導(dǎo)致陶瓷體開 裂的加熱速率的燒制循環(huán)的需求。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 根據(jù)一些實施方式，披露了蜂窩陶瓷體生巧的燒制方法。運些方法可包括將蜂窩 陶瓷體生巧從室溫加熱至低于或等于大約35(TC的第一溫度，其中，將蜂窩陶瓷體生巧從室 溫加熱至第一溫度的操作包括大于或等于大約8(TC/小時的加熱速率。可將蜂窩陶瓷體生 巧從第一溫度加熱至高于或等于大約80(TC的第二溫度，其中，將蜂窩陶瓷體生巧從第一溫 度加熱至第二溫度包括W大于或等于大約9(TC/小時的加熱速率進行加熱?？蓪⒎涓C陶瓷 體生巧從第二溫度加熱至高于或等于大約l〇〇〇°C的第Ξ溫度。蜂窩陶瓷體生巧的直徑可大 于或等于大約4.0英寸且小于或等于大約9.0英寸。蜂窩陶瓷體生巧可包含碳基造孔劑，所 述碳基造孔劑的濃度可大于或等于大于10重量％且小于或等于大約48重量％。蜂窩陶瓷體 生巧可包含用于形成鐵酸侶陶瓷體的侶原材料。
[0011] 在一些實施方式中，可W大于或等于大約90°C/小時的單一加熱速率將蜂窩陶瓷 體生巧從室溫加熱至第二溫度，或從室溫加熱至第Ξ溫度。
[0012] 在一些實施方式中，W大于或等于大約200°C/小時的加熱速率將蜂窩陶瓷體生巧 從室溫加熱至第一溫度。
[0013] 在一些實施方式中，將蜂窩陶瓷體生巧從室溫加熱至第一溫度包括W大約130°C/ 小時~大約170°C/小時的加熱速率將蜂窩陶瓷體生巧從室溫加熱至大約90°C~大約200°C 的溫度，并W小于或等于大約15°C/小時的加熱速率將該蜂窩陶瓷體生巧從大約9(TC~大 約200°C的溫度加熱至第一溫度。
[0014] 在一些實施方式中，將蜂窩陶瓷體生巧從室溫加熱至第一溫度包括W大約7(TC/ 小時~大約90°C/小時的加熱速率將蜂窩陶瓷體生巧從室溫加熱至大約90°C~大約110°C 的溫度，W大約40°C/小時~大約60°C/小時的加熱速率將該蜂窩陶瓷體生巧從大約90°C~ 大約110°C的溫度加熱至大約140°C~大約160°C，W大約15°C/小時~大約35°C/小時的加 熱速率將該蜂窩陶瓷體生巧從大約140°C~大約160°C的溫度加熱至大約190°C~大約210 °C的溫度，并W小于或等于大約15°C/小時的加熱速率將該蜂窩陶瓷體生巧從大約190°C~ 大約210°C的溫度加熱至第一溫度。
[0015] 在W下的詳細描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言根據(jù)所作描述即容易理解，或者通過實施包括W下詳細描述、權(quán)利 要求書在內(nèi)的本文所述的實施方式而被認識。
[0016 ]應(yīng)理解，前面的一般性描述和W下的詳細描述都描述了各種實施方式且都旨在提 供用于理解所要求保護的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。
[0017] 附圖的簡要說明
[0018] 圖1圖示了一種根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的循環(huán)的加熱速率。
[0019] 發(fā)明詳述
[0020] 下面將對用于燒制蜂窩陶瓷體生巧的燒制循環(huán)的實施方式進行詳細描述。根據(jù)一 些實施方式，一種燒制蜂窩陶瓷體生巧的方法包括按照四個階段在害內(nèi)對蜂窩陶瓷體生巧 進行加熱。在一些實施方式中，第一階段包括W-種或多種加熱速率將蜂窩陶瓷體生巧從 室溫加熱至低于或等于大約350°C的第一溫度。在第二階段中，W大于或等于大約90°C/小 時的加熱速率將蜂窩陶瓷體生巧從第一溫度加熱至第二溫度。在第Ξ階段中，可W-種或 多種加熱速率將蜂窩陶瓷體生巧從第二溫度加熱至第Ξ溫度。可將蜂窩陶瓷體在第Ξ溫度 下保溫預(yù)定長度的時間。在第四階段中，可將蜂窩陶瓷體生巧加熱至最高均熱溫度并保溫 一段時間，運段時間的保溫足W去除蜂窩陶瓷體生巧上的殘留碳。第一、第二和第Ξ階段中 的加熱速率可W相同或不同。在一些實施方式中，第一和第二階段中的加熱速率可在很大 程度上取決于被加熱的陶瓷體的尺寸和害內(nèi)的氧氣量而變化。
[0021] 在一些實施方式中，蜂窩陶瓷體生巧可包含例如氧化侶的含侶原材料和例如金紅 石型二氧化鐵的含鐵原材料，運些材料在燒制的時候形成鐵酸侶巧體。在一些實施方式中， 鐵酸侶巧體可具有鐵板鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)。鐵酸侶的量大于陶瓷體的30%。
[0022] 在一些實施方式中，原材料可包含含儀材料，例如滑石或MgO?？蒞將含儀材料加 入原材料中W形成鐵酸儀，鐵酸儀與鐵酸侶形成固溶體，W使鐵酸儀形成鐵板鐵礦相的大 約20%。鐵酸侶的量與鐵酸儀的量之和占陶瓷體的50~100%。在其它實施方式中，原材料 可不含含儀材料，W使鐵板鐵礦相中的鐵酸侶超過鐵板鐵礦相的95%。
[0023] 在一些實施方式中，組合物可具有大約10%~大約55%或甚至為大約15%~大約 50 %的擠出助劑、粘合劑和造孔劑等追加組分。形成的蜂窩陶瓷體可W具有高孔隙率。在一 些實施方式中，蜂窩陶瓷體的孔隙率可為大約40%~大約65%，或甚至為大約45%~大約 65%。在一些實施方式中，蜂窩陶瓷體的孔隙率可為大約50%~大約65%，例如大約60%。
[0024] 組合物中可包含一種或多種碳基造孔劑。在一些實施方式中，造孔劑可選自淀粉、 石墨、經(jīng)過加工的聚合物材料或它們的混合物。在一些實施方式中，組合物中所包含的造孔 劑追加組分的總量可大于或等于組合物的大約10重量％且小于或等于組合物的大約50重 量％。在一些實施方式中，造孔劑的總量可大于或等于組合物的大約20重量％且小于或等 于組合物的大約34重量％。在包含淀粉和石墨的混合物的實施方式中，組合物中淀粉的量 可大于或等于組合物的大約10重量％且小于或等于組合物的大約30重量％，而所包含的石 墨的量可大于或等于組合物的0重量％且小于或等于組合物的大約16重量％。然而應(yīng)當理 解的是，根據(jù)實施方式，可W使用石墨和淀粉的任意組合。
[0025] 相對于非有機固體的作為追加組分的造孔劑的重量百分數(shù)是按照下式計算得到 的：
[0026]
[0027]如下面將要闡述的，蜂窩陶瓷體的所需尺寸可能會對Ξ個階段中的每一個階段的 加熱速率產(chǎn)生影響。在一些實施方式中，可對更大的蜂窩陶瓷體生巧使用更低的加熱速率， 而對更小的蜂窩陶瓷體生巧使用更高的加熱速率。在一些實施方式中，可W在第一階段中 使用多種加熱速率W幫助將蜂窩陶瓷體生巧在處理的第一階段中的開裂降到最低。在一些 實施方式中，蜂窩陶瓷體的直徑可大于或等于大約4.0英寸且小于或等于大約9.0英寸，或 甚至大于或等于大約6.3英寸且小于或等于大約7.5英寸。在一些實施方式中，蜂窩陶瓷體 生巧的直徑可大于或等于大約5.5英寸且小于或等于大約6.0英寸。在一些實施方式中，蜂 窩陶瓷體可具有大約4.66英寸的直徑和大約9.0英寸的長度，或具有大約5.66英寸的直徑 和大約6.0英寸的長度。在其它實施方式中，蜂窩陶瓷體可具有大約5.66英寸的直徑和大約 7.5英寸的長度，或具有大約6.3英寸的直徑和大約6.5英寸的長度。在另一種實施方式中， 蜂窩陶瓷體可具有大約7.5英寸的直徑和大約6.5英寸的長度。
[002引第一階段
[0029] 在一些實施方式中，本燒制方法的第一階段可包括將蜂窩陶瓷體生巧從室溫加熱 至低于或等于大約350°C的第一溫度。在一些實施方式中，第一溫度可低于或等于大約300 °C，或甚至低于或等于大約280°C。在一些實施方式中，第一溫度可高于或等于大約240°C。 應(yīng)當理解的是，如本文中所用，室溫并不受到特別地限定且可包括陶瓷體和/或害在燒制方