一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法
【專利摘要】一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法，（1）選取質量份為單位的原料及混合配比：原料為片狀高嶺土或粘土25～30份；煅燒高嶺土12～15份，粒徑小于2μm；活性氧化鋁微粉15～20份；片狀滑石粉37～40份；硅微粉6～10份，粒徑小于6μm；水溶性粘結劑3～10份；水25～30份；（2）原料處理：將原料均勻混合后進行機械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2～3次，再在15～30℃室溫下陳腐30h～40h；（3）制備圓柱形濕坯體：將塑性泥料通過蜂窩孔鋼模具在壓力下擠出，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體；（4）制備干坯體及焙燒。
【專利說明】
一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體及制備方法，屬于材料科學領域。
技術背景
[0002]柴油車尾氣凈化所用的催化劑一般都以整體式蜂窩作為載體。整體式蜂窩是一種薄壁、平行多孔的圓柱體，它的比表面積大，熱穩(wěn)定性好，耐高溫，不易破碎。為了適應柴油車動力性強、排氣量大的需要，近年來正在開發(fā)大規(guī)格的蜂窩陶瓷載體和薄壁型蜂窩陶瓷載體，并取得了很大的進展。
[0003]CN104671741 A公開了一種柴油機用大規(guī)格蜂窩陶瓷載體的制備方法，該發(fā)明包括以下步驟:粉體原料配制;液態(tài)添加劑配制;泥料制備;泥坯制備;擠出成型;干燥定型;坯體加工;高溫燒成;打磨;植皮。該發(fā)明的液態(tài)添加劑能提高泥料與模具間的潤滑效果，增加泥坯的擠出速度，降低蜂窩陶瓷載體的熱膨脹系數(shù)。
[0004]CN1827217A公開了一種薄壁堇青石蜂窩陶瓷催化劑載體及制備方法，該發(fā)明在于載體原料為12?15%、平均粒徑小于2微米的氧化鋁微粉，43?47%、平均粒徑小于2微米的片狀高嶺土或粘土微粉，33?37%、平均粒徑5?15微米片狀滑石微粉，6?12%、平均粒徑小于2微米的融熔石英；原料再經(jīng)過混合、成型、燒成，得到堇青石總量為92?96% ,Al2O3、Mg0、Si02分別為36?37%、13.0?14.0%、50?52%，制備時在混合物料中外加有表面活性劑。制得的600孔/平方英寸蜂窩體堇青石總量達到92?96%，膨脹系數(shù)0.8X10—6/°C，孔隙率38?40 %，機械強度和抗沖擊性能高，起燃溫度下降25?40 V，可使汽車尾氣中氮氧化合物及一氧化碳排放減少了5?10%，從而滿足了歐m標準要求。
[0005]CN101259637公開了一種高孔密度薄壁蜂窩陶瓷擠出模具及其制造方法，該發(fā)明包括如下步驟:確定要設計的孔目數(shù)及壁厚；采用比設計的前端導泥孔孔徑大0.1mm的鉆頭，比設計的后端切割槽寬大0.1mm直徑的鉬絲制成模具半成品;在導泥孔和切割槽表面鍍附上至少一層硬質金屬材料或硬質陶瓷材料的鍍層。由于在常規(guī)的模具表面鍍附有一鍍層，使得該模具能產(chǎn)生出高孔密度、格子壁薄的蜂窩陶瓷，同時由于鍍層的硬度大，表面光潔度更好，從而使模具與泥料間的摩擦力減小，因此模具的整體強度和耐性增強，提高了模具的使用壽命。
[0006]CN202137835 U公開了一種薄壁蜂窩陶瓷用模具，該涉及槽壁及位于所述兩槽壁之間的槽，所述相對的兩槽壁設有相互面對的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面上覆蓋有耐磨層，從而使兩耐磨層之間的槽的寬度進一步縮小，解決了現(xiàn)有的模具槽無法進一步變窄的問題。
[0007]但到目前為止，尚未見到有關既具有大規(guī)格或大直徑、又具有薄壁的圓柱型蜂窩陶瓷載體的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:提出一種既具有大直徑(或大規(guī)格)、又具有薄壁的圓柱型蜂窩陶瓷載體，以增大單位重量載體對催化劑的負載量，降低廢氣通過的背壓，以適應大排量柴油車尾氣處理的需要。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:(I)制作大直徑、窄槽寬的蜂窩陶瓷壓制模具:先將材質為H13型熱作工具鋼加工成直徑為265?355mm，厚度為35?40mm模坯體;采用中走絲機床進行線切割鋼模具槽溝，電極絲采用0.07?0.09mm銅包鋼線，切割線速度為10m/S，切割次數(shù)2?3次;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約I?2.6 mm;槽溝寬0.095?0.105mm，槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4?0.8μπι;切割后的模具以超聲波清洗。
[0010](2)選取原料及混合配比:原料為片狀高嶺土或粘土25?30份(質量份，下同)，平均粒徑小于3μπι(下簡稱粒徑)；煅燒高嶺土 12?15份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉15?20份，粒徑小于5μηι;片狀滑石粉37?40份，粒徑小于15μηι;娃微粉6?10份，粒徑小于6μηι;水溶性粘結劑3?10份;水25?30份；
[0011](3)原料處理:將原料均勻混合后進行機械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2?3次，再在15?30 °C室溫下陳腐30h?40h，得到塑性泥料。
[0012](4)制備圓柱形濕坯體:將塑性泥料通過鋼模具在壓力下擠出，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕還體，濕還體孔密度為100?300孔/平方英寸，濕還體圓柱形圓面直徑為265?355mm，圓柱切割的高度為104?155mm。
[0013](5)制備干坯體及焙燒:將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率8?12Kw，干燥時間2h?3h，濕坯體的失水率約為12 %?18 % ;再將失水坯體通過程序升溫法進行焙燒，先以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?10°C/min升溫至1380?1410°C，保溫3?6h，自然冷卻至100°C以下(或室溫)。
[0014](6)焙燒后干坯體精加工:將焙燒后干坯體先用機械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側重新植皮，附著泥料層的厚度為I?2.5mm，確保坯體直徑為240-339mm;再將坯體的高度切割為104?155mm;最后微波8?12Kw加熱干燥2h?3h，得到成品。
[0015](7)成品性能檢測:外觀質量及尺寸偏差按照GB/T 25994-2010國家標準的附錄A進行檢測，抗壓強度采用YA-300型電液式壓力測試機測定;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCHe Dll-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測儀測定;抗熱沖擊利用馬弗爐測定。
[0016]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明大直徑且為薄壁的蜂窩陶瓷，具有通氣背壓小、比表面積大、單位重量載體的催化劑負載量大等優(yōu)點。濕坯體在微波干燥后采用程序升溫燒成得到干坯體;再通過機械剝離掉坯體不規(guī)整外壁并重新植皮、再次切割、微波干燥后得到成品。制得了壁厚為0.1lmm,直徑分別為286mm和330mm，高度為152.4mm的蜂窩陶瓷。樣品除尺寸和壁厚外，其它性能指標均符合《蜂窩陶瓷》GB/T 25994-2010國家標準規(guī)定。本發(fā)明提供了大直徑、又具有薄壁的圓柱型蜂窩陶瓷載體的制備方法。本發(fā)明也能加大催化劑與廢氣的接觸；由于該產(chǎn)品又是大規(guī)格，因此能更好適應大排量柴油車尾氣處理的需要。
【具體實施方式】
[0017]—種大直徑薄壁蜂窩陶瓷制備的實施方式是:(I)制作大直徑、窄槽寬的擠壓模具:先取一定大小、材質為H13型熱作工具鋼基材，再用車床、磨床加工成直徑為265?355mm，厚度為35?40mm模還體；采用中走絲機床進行線切割，電極絲采用市售0.07?
0.09mm銅包鋼線，切割線速度為lOm/s，切割次數(shù)2?3次，操作時確保脈寬與脈間的間隔比8?1，脈沖8?1 μ s，控制峰值電流2?3 2 A;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約I?2.6mm;槽溝寬0.095?0.105mm，槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4?0.8μπι;切割后的模具以超聲波清洗。
[0018](2)選取特定原料及混合配比:片狀高嶺土或粘土25?30份(質量份，下同)，平均粒徑小于3μπι(下簡稱粒徑)；煅燒高嶺土 12?15份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉15?20份，粒徑小于5μηι;片狀滑石粉37?40份，粒徑小于15μηι;娃微粉6?10份，粒徑小于6μηι;水溶性粘結劑3?10份;水25?30份。水溶性粘結劑為羥甲基纖維素，或羥乙基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或甘油，或乳化蠟，或硬脂酸，或油酸等。
[0019](3)原料處理:將原料均勻混合后進行機械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2?3次，再在15?30 °C室溫下陳腐30h?40h，得到塑性泥料。
[0020](4)制備圓柱形濕坯體:將塑性泥料通過模具擠壓，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體，其孔密度為100?300孔/平方英寸，圓面直徑265?355mm，圓柱切割的高度為104?155mm。[0021 ] (5)制備干坯體:將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率8?12Kw，干燥時間2h?3h，濕坯體的失水率約為12%?18 % ;再將失水坯體通過程序升溫法進行焙燒，先以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?10°C/min升溫至1380?1410°C，保溫3?6h，自然冷卻至100°C以下。
[0022](6)干坯體精加工:將干坯體先用機械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側重新植皮，附著泥料層的厚度為I?2.5 mm，確保還體直徑為240_339mm ；再將還體的高度切割為104?155mm;最后微波8?12Kw加熱干燥2h?3h，得到成品。
[0023](7)成品性能檢測:外觀質量及尺寸偏差按照GB/T 25994-2010國家標準的附錄A進行檢測，抗壓強度采用YA-300型電液式壓力測試機測定;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCHe Dll-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測儀測定;抗熱沖擊利用馬弗爐測定。
[0024]實施例1:
[0025]先制作大直徑、窄槽寬的擠壓模具:取材質為H13型熱作工具鋼用車床、磨床加工成直徑為305mm，厚度為35mm模還體;采用中走絲機床進行線切割，電極絲采用市售0.07mm銅包鋼線，切割線速度為lOm/s，切割次數(shù)3次，操作時確保脈寬與脈間的間隔比8，脈沖8ys，控制第一次切割峰值電流32A，第二次16A，第三次2A;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約1.82mm;槽溝寬0.095mm，槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4μπι;切割后的模具以超聲波清洗。
[0026]準備特定原料及混合配比:片狀高嶺土28份(質量份，下同)，平均粒徑小于3μπι(下簡稱粒徑)；煅燒高嶺土 13份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉17份，粒徑小于5μπι;片狀滑石粉39份，粒徑小于15μπι;硅微粉8份，粒徑小于6μπι;水溶性粘結劑70份;水27份。
[0027]然后將準備的原料充分機械混合、捏合，使之均勻，并在真空度為95KPa下脫氣煉制3次，25°C下陳腐30h得到塑性泥料;再將塑性泥料通過模具擠壓，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體，其孔密度為300孔/平方英寸，圓面直徑300mm，圓柱切割的高度為155mm。
[0028]再將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率1Kw，干燥時間2h，濕坯體的失水率約為16% ;再將失水坯體通過程序升溫法進行焙燒，先以15°C/min升溫至100tC，然后以7 °C /min升溫至1410 °C，保溫6h，自然冷卻至100 °C以下，得到干坯體。
[0029]最后將干坯體先用機械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側重新植皮，附著泥料層的厚度為2mm，確保還體直徑為287mm;再將還體的高度切割為153mm;最后微波I OKw加熱干燥2h，得到成品。
[0030]對樣品的性能檢測結果如下:
[0031 ]圓柱形直徑286mm;
[0032]高152.4mm;
[0033]壁厚0.1lmm;
[0034]抗壓強度縱向大于2 3MPa，橫向大于3.5MPa ；
[0035]熱膨脹系數(shù)0.9ΧΙΟ—6/Γ。
[0036]實施例2:
[0037]將實施例1中的擠壓模具直徑由305mm改為355mm，其它步驟均與實施例1相同，對制得的樣品檢測結果為:
[0038]圓柱形直徑330mm;
[0039]高152.4mm;
[0040]壁厚0.1lmm;
[0041 ]抗壓強度縱向大于2 3MPa，橫向大于3.5MPa ；
[0042]熱膨脹系數(shù)0.9ΧΙΟ—6/Γ。
[0043]表明圓柱形直徑變化對結果基本無影響。
[0044]實施例3:
[0045]將實施例1中的片狀高嶺土質量份增加至33份，煅燒高嶺土減少至8份，其它成分不變，對制得的樣品檢測結果為:
[0046]圓柱形直徑286mm;
[0047]高152.4mm;
[0048]壁厚0.1 lmm;
[0049 ]抗壓強度縱向大于17MPa，橫向大于2.5MPa ；
[0050]熱膨脹系數(shù)1.0X10—6/°C。
[0051]表明混合原料中片狀高嶺土質量份增加和煅燒高嶺土質量的減少，對樣品抗壓強度有一定程度降低。
【主權項】
1.一種大直徑薄壁蜂窩陶瓷載體制備方法，其特征是步驟如下: (1)選取質量份為單位的原料及混合配比:原料為片狀高嶺土或粘土25?30份，粒徑小于3μπι;煅燒高嶺土 12?15份，粒徑小于2μπι;活性氧化鋁微粉15?20份，粒徑小于5μπι;片狀滑石粉3 7?4 O份，粒徑小于15 μπι;娃微粉6?1份，粒徑小于6 μπι;水溶性粘結劑3?1份;水25?30份； (2)原料處理:將原料均勻混合后進行機械捏合，在真空度大于90KPa條件下脫氣練制2?3次，再在15?30 °C室溫下陳腐30h?40h，得到塑性泥料； (3)制備圓柱形濕坯體:將塑性泥料通過蜂窩孔鋼模具在壓力下擠出，得到圓柱形蜂窩陶瓷濕坯體，濕坯體孔密度為100?300孔/平方英寸，濕坯體圓柱形圓面直徑為265?355mm，圓柱切割的高度為104?155mm; (4)制備干坯體及焙燒。2.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是蜂窩陶瓷濕坯體的加熱與焙燒:將蜂窩陶瓷濕坯體采用微波加熱干燥，其微波功率8?12Kw，干燥時間2h?3h，濕坯體的失水率為12 %?18% ;再將失水坯體通過程序升溫法進行焙燒，先以10?20°C/min升溫至1000°C，然后以5?1 °C /min升溫至1380?1410 °C，保溫3?6h，自然冷卻至100 °C以下或室溫。3.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是模具制備時取一定大小、材質為H13型熱作工具鋼基材，再用車床、磨床加工成直徑為265?355mm，厚度為35?40mm模坯體;采用中走絲機床進行線切割鋼模具槽溝，電極絲采用0.07?0.09mm銅包鋼線，切割線速度為10m/S，切割次數(shù)2?3次，操作時確保脈寬與脈間的間隔比8?10，脈沖8?1ys，控制峰值電流2?32A;切割成的縱向和橫向槽溝互相垂直，同向槽溝間距相等，均為約I?2.6 mm;槽溝寬0.0 9 5?0.105mm,槽溝壁表面粗糙度Ra為0.4?0.8μπι;切割后的模具以超聲波清洗。4.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是焙燒后干坯體的精加工:將焙燒后干坯體先用機械剝離掉坯體不規(guī)整外壁;然后用塑性泥料在圓柱外側重新植皮，附著泥料層的厚度為I?2.5mm，確保還體直徑為240?339mm;再將還體的高度切割為104?155mm;最后微波8?12Kw加熱干燥2h?3h，得到成品。5.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是成品性能檢測:外觀質量及尺寸偏差按照GB/T25994-2010國家標準的附錄A進行檢測，抗壓強度采用YA-300型電液式壓力測試機測定;熱膨脹系數(shù)采用NETZSCHe D11-402PC型熱膨脹系數(shù)檢測儀測定;抗熱沖擊利用馬弗爐測定。6.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征是水溶性粘結劑為羥甲基纖維素，或羥乙基纖維素，或羥丙基甲基纖維素，或甘油，或乳化蠟，或硬脂酸，或油酸。
【文檔編號】B01J21/16GK106045551SQ201610350367
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】孔秋明, 陳明祥, 孔德雙, 谷昌軍, 孔亮明, 孔令仁
【申請人】南京柯瑞特種陶瓷股份有限公司