CN102414145B - 陶瓷结构和制造陶瓷结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种烧制生坯结构以制造陶瓷结构的方法，该方法可以包括在烧制生坯结构的第一阶段期间，在第一定时温度循环内加热烧制环境，所述第一定时温度循环的平均变温速率足以在与陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，基本完全烧掉有机材料。该方法还包括在烧制的第二阶段期间，在第二定时温度循环内加热烧制环境，所述第二定时温度循环的平均升温速率大于所述第一定时温度循环的平均升温速率。

Description

陶瓷结构和制造陶瓷结构的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2009年2月27日提交的美国申请第12/394,874号的优先权。
技术领域
本发明涉及陶瓷结构以及对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法。
背景技术
环境方面的问题促使全世界很多地方的人们履行对内燃机和其他系统的排放要求。多孔陶瓷结构，例如堇青石陶瓷结构，经常用于燃烧系统和其它系统，用来从流体中过滤和除去微粒，例如从废气除去烟炱和灰分。这些结构通常使用原料的混合物制备，例如对于堇青石结构，所述原料混合物包含能够在烧制的时候形成堇青石的基本陶瓷材料(例如粘土和滑石)，粘合剂(例如有机纤维素醚，例如水溶性甲基纤维素(methocel，甲基纤维素)或羟丙基甲基纤维素)，以及成孔剂(例如淀粉)。将所述原料的混合物形成生坯结构，通常将其挤出形成构造成使得气体从中流过的通道或孔道的网络(有时候称作蜂窝体)。然后对生坯结构进行烧制，形成最终的陶瓷产品，例如堇青石微粒过滤器。
这些微粒过滤器可以包括，但不限于柴油机微粒过滤器，有时候按照它们的尺寸、所使用的车辆的类型以及/或者过滤器的应用来分类。例如，轻型柴油机(LDD)过滤器的直径通常等于或小于7英寸，通常用于具有无法预测的发动机工作循环(例如苛刻工作循环)的车辆，例如轿车和轻型卡车。重型(HDD)过滤器的直径通常等于或大于9英寸，通常用于具有可预测的发动机工作循环的车辆，例如大的重型卡车(例如半挂车和/或其他工业拖车)。
为了在制造陶瓷结构(例如LDD、HDD以及其他种类的微粒过滤器和/或微孔陶瓷结构)时获得提高的效率，最好缩短对生坯结构进行烧制以制造最终陶瓷结构所用的时间。但是，在一些情况下，在烧制循环中过快地升高温度会导致最终陶瓷结构中产生不良的裂纹，例如在结构的内部产生裂纹。因此人们按常规通过减缓烧制循环的方式来处理产品残存性(例如消除裂纹)的问题。换而言之，可以在较长的时间段内将烧制温度升高到峰值温度，以避免对生坯结构加热过快而导致产生裂纹。
人们已采用其它的方法来消除和/或最大程度减少裂纹，这些方法包括在低氧环境中进行烧制，改变生坯结构的原料组成，以及/或者使用烧制添加剂等。但是这些技术可能是产品专有的，因此在获得合乎需要的结果之前，可能需要进行大量的反复试验。一些技术还可能因使用较贵的材料以及/或者在烧制的时候使用气体物料而造成成本较高。
因此，人们希望提供一种对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法，该方法能够最大程度缩短烧制循环的长度，同时减少和/或消除裂纹，由此为各种各样的产品提高残存性，所述产品包括例如较大的微孔陶瓷结构，例如HDD。还希望提供一种对多孔陶瓷结构进行烧制的方法，该方法无需添加昂贵的气体和/或烧制添加剂，同时能够提高产品的残存性。
发明概述
本发明可以解决上述一个或多个问题，并且/或者能够表明上文所述的一种或多种合乎需要的特征。通过以下的描述，可以明白其它的特征和/或优点。
根据各种示例性的实施反式，本发明提供了一种对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法。该方法可以包括在烧制生坯结构的第一阶段期间，在第一定时温度循环内加热烧制环境，所述第一定时温度循环的平均变温速率足以在与陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，基本完全烧掉有机材料。该方法还包括在烧制的第二阶段期间，在第二定时温度循环内加热烧制环境，所述第二定时温度循环的平均变温速率大于所述第一定时温度循环的平均变温速率。
根据各种其它的示例性实施方式，本发明提供了通过包括以下步骤的方法制造的多孔陶瓷结构：将包含粘土材料和有机材料的原料成形为生坯结构，以及在烧制环境中对该生坯结构进行烧制，其中，所述烧制包括在第一时间段内将烧制环境加热至小于等于第一阈值温度，在第一时间段内加热足以在与所述生坯结构的芯紧邻的粘土材料开始脱水之前，基本完全烧掉所述有机材料，并在第二时间段内，将烧制环境从所述第一阈值温度加热至第二阈值温度，所述第二阈值温度高于所述第一阈值温度，在此第二时间段加热期间，发生粘土脱水。从第一阈值温度到第二阈值温度的平均变温速率可以约为11-75℃/小时。
根据各种其他示例性的实施方式，本发明提供了一种对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法。所述方法可以包括在第一时间段内将烧制环境加热至第一阈值温度，所述第一时间段加热足以在与所述与生坯结构的芯区域紧邻的粘土材料脱水之前，基本完全烧掉与生坯结构的芯紧邻的有机材料。所述方法还包括在第二时间段内，将烧制环境从所述第一阈值温度加热至第二阈值温度，所述第二阈值温度高于第一阈值温度，在此第二时间段加热期间，发生生坯结构的粘土脱水，其中从所述第一阈值温度到第二阈值温度的平均变温速率约为11-75℃/小时。
另外的目的和优点将在随后的描述中部分陈述，并且部分由该描述而明白，或可通过实施本发明而了解。通过所附权利要求中特别指出的要素和组合将会认识和实现这些目的和优点。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，不构成对权利要求书的限制。
附图简要说明
可单独通过以下详述或通过以下详述和附图一起理解本发明。包括的附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图显示了本发明的一个或多个示例性的实施方式，与描述一起用来解释各种原理和操作。
图1是显示本发明的示例性的烧制循环的图；
图2是本发明的陶瓷结构的一个示例性实施方式的透视图；
图3是显示针对轻型柴油机过滤器，对于各种实验多天烧制循环，初始区间的第一和第二阶段的图；
图4是显示对于图3的3天、4天和7天的烧制循环，芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图；
图5是显示针对轻型柴油机过滤器，对于各种实验烧制循环，初始区间的第一和第二阶段的图；
图6是显示针对轻型柴油机过滤器，对于图5的各种实验烧制循环，芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图；
图7是显示针对轻型柴油机过滤器，对于图5的各种实验烧制循环，芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图；
图8是显示针对各种轻型以及重型柴油机过滤器，对于实验烧制循环，芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图；
图9是显示针对重型柴油机过滤器，对于实验烧制循环，芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图；
图10是显示对于图9的烧制循环，初始区间的第一和第二阶段的图。
示例性实施方式描述
如图1所示，当由基于粘土的原料形成陶瓷结构的时候，例如当形成堇青石微孔陶瓷结构的时候，存在会发生的三个一般的区间。前两个区间包括对生坯结构进行烧制，例如在烧煤气的窑内进行烧制，最后一个区间包括对对形成的陶瓷结构进行冷却。尽管不希望受任何特定理论的限制，但是认为在初始区间101期间(例如烧制环境温度高达约1000℃)，对生坯结构的原料进行加热，使其各自经历转变，这将在下文中进一步详细说明。在此初始区间之后，在第二区间102中，将烧制环境的温度加热至峰值温度，其中在一个时间段内保持温度基本恒定，使得生坯结构反应，形成陶瓷结构。另外，不希望被任何特定的理论所限制，认为在此第二区间102期间(例如烧制环境温度约高于或等于1000℃，最高达峰值温度)，所述生坯结构的材料开始互相反应，形成最后的陶瓷材料，例如堇青石。在最后区间103中，使得形成的陶瓷结构由峰值烧制温度冷却下来。
如上文所述，在初始区间101中，认为各种材料会经历各种转变。例如，在初始烧制区间101期间，各种含水材料(例如含水氧化铝，含水粘土和滑石)会失去水，各种有机材料(例如粘合剂材料和/或成孔剂(即淀粉))会烧掉。更具体来说，在初始烧制区间101内，在生坯结构的材料在烧制环境的条件下平衡的初始启动阶段之后，存在生坯结构的各种材料经历变化的三个一般阶段。以堇青石为例，在第一阶段104中，在此阶段期间烧制环境的温度从约180℃升高到约425℃，含水氧化铝失去水，甲基纤维素(或者其他粘合剂材料)烧掉，淀粉(或其它的有机成孔剂)烧掉。在第二阶段105，例如在此此阶段期间烧制环境的温度从约425℃升高到约750℃，含水粘土失去水。在第三阶段106，例如在此阶段期间烧制环境的温度从约750℃升高到约1000℃，滑石失去水。
另外，不希望被任何特定理论限制，本发明人认为在上文所述的初始烧制区间101期间存在以下过程。在初始区间101期间，成孔剂发生分解。该分解是氧化反应或放热反应，会释放出大量的热量。在开始的时候，放热反应在陶瓷结构的外皮或外部发生，造成了初始热差，由此使得陶瓷结构的外部部分比芯更热。然后，外皮或外部部分内的放热反应减退，放热反应区域移到陶瓷结构的内部，向陶瓷结构的芯移动。
因为陶瓷(例如堇青石)是良好的绝热体，用于这些过滤器的微孔结构包括许多通道，因此会遇到在烧制过程中通过导热或对流有效地将热量从所述结构移走的困难。所述微孔结构还提供了很大的表面积，在烧制环境中促进粘合剂与氧气(O2)反应，从而提高内部的放热作用。因此，在有机材料烧掉(BO)的阶段(上文所述的第一阶段104)期间，所述结构会显示正的热差或者负的热差(也就是说，所述芯可以显示高于或低于在外表面或外表面附近的位置的温度)。此种温差会在多孔陶瓷结构中产生热应力，可能导致产生裂纹。大的微孔结构或包含大量有机材料的结构特别容易发生此种现象，例如堇青石微粒过滤器产品就是如此。
由于厚壁部分(即具有较高的有机物含量)和存在成孔剂(即淀粉)，在烧制过程中，陶瓷结构，例如堇青石微粒过滤器可显示产生较大的放热，和较大的芯/外皮温度梯度。在没有考虑通过适当的导热或对流从结构的芯除去该热量的情况下，增大烧制变温速率(烧制环境内的升温速率)，则会产生热应力，最终会由于结构的芯收缩而离开结构的外皮，从而导致结构产生内部裂纹。因此，如上文所述，为了提高产品的残存性，这些结构的烧制循环在传统上一直是较长的，其方法是在较长的时间段内，将烧制环境的温度缓慢升高到峰值烧制温度。通过发现当烧制变温速率增大的时候造成内部裂纹的原因后面的各种机理，本发明的各种示例性实施方式包括回避这些机理的对生坯结构进行烧制以制得陶瓷结构的方法。
本发明人已发现，当烧制环境过快加热的时候(例如在较短的定时温度循环中加热，或者变温速率增大)，通常环境内存在的氧气(O2)可能不足以在进行下一材料转变过程之前，及时燃尽生坯结构芯内的有机材料(即粘合剂(例如甲基纤维素)和成孔剂(例如淀粉))。因此，与芯紧邻的有机材料直到比所希望的更晚、更高温度下才会被烧掉，由此在结构的芯内产生应力，可能会导致内部裂纹。换而言之，可能由于烧制环境温度过快升高延迟了结构的芯内的有机材料烧尽(也称作“芯的点火”)所引起的放热反应，造成放热烧尽过程与随后的吸热的粘土脱水过程重叠。因此，发明人发现，由于此种放热反应的延迟，在初始烧制区间的第二阶段中产生内部裂纹，这又会造成与结构的芯紧邻的有机材料烧尽和粘土脱水的重叠。本发明人还发现，可以通过例如在初始烧制区间的第一阶段内控制定时温度循环，可以防止此种裂纹产生。
还发现在初始烧制区间的第二个阶段(例如粘土阶段)内，结构的芯和结构的外皮之间的最大温差(ΔT)，或者最大芯/外皮温差也会影响内部开裂。本发明人已发现，生坯结构可以耐受很大的负的芯/外皮温差(例如当生坯结构的中间的芯部分附近的温度低于生坯结构顶部外皮部分附近的温度)，但是显示当经受很大的正的芯/外皮温差(例如当生坯结构的中部芯部分附近的温度高于生坯结构的顶部外皮部分附近的温度)时，则会产生裂纹。在烧制的粘土阶段的大的正的芯/外皮温差(例如正的最大温差(ΔT))可能表明芯内的放热的有机物烧尽反应被延迟，因此放热的烧尽与吸热的粘土脱水相重叠。与之相反的是，烧制的粘土阶段的负的芯/外皮温差(例如负的最大温差(ΔT))可能表明避免了上述重叠。
本发明考虑了一种对生坯结构进行烧制的方法，通过避免了陶瓷结构芯附近的有机材料的烧尽和粘土脱水转变过程的重叠，减少和/或消除了烧制过程中内部开裂。本发明还考虑了在减少和/或消除内部开裂的同时，最大程度减少结构的烧制循环长度。换而言之，本发明的各种实示例性施方式考虑了将上述两个发现相结合的烧制方法，即在初始烧制区间的第一阶段期间，在第一定时温度循中对烧制环境进行加热，所述第一定时温度循环的平均变温速率足以在与所述陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，基本完全烧掉有机材料(例如，在BO阶段花费足够的时间，以防止有机物烧尽与粘土脱水重叠)，在初始烧制区间的第二阶段期间，在第二更快的定时温度循环内对烧制环境进行加热(例如在粘土脱水阶段使用增大的平均变温速率，以补偿第一阶段期间较慢烧制的时间)。
本发明还考虑了一些烧制生坯结构的方法，该方法能够通过在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)期间避免大的正的芯/外皮温差(例如在与生坯结构的中间芯部分附近的温度高于在与生坯结构的顶部外皮部分附近的温度)，从而在烧制的过程中减少和/或消除内部裂纹。
本发明提供了对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法，该方法便于缩短陶瓷结构烧制循环的时间长度，同时防止内部开裂，由此在无需向批料中加入昂贵的气体和/或其他烧制添加剂的情况下，提高各种各样种类的产品的残存性。例如，在本发明的各种示例性实施方式中，揭示了堇青石柴油机过滤器产品的烧制循环，例如通常用于柴油机微粒过滤器(DPF)系统的轻型柴油机(LDD)过滤器和重型柴油机(HDD)过滤器。尽管本文揭示了各种堇青石轻型柴油机过滤器和堇青石重型柴油机过滤器的具体的烧制阶段、定时温度循环和烧制循环，但是本领域普通技术人员能够理解，本发明可以适用于任意的基于粘土的陶瓷结构，包括但不限于任意的基于粘土的堇青石结构。
在本文中，术语“陶瓷结构”或“结构”表示通过将包含粘土材料和有机材料(即粘合剂材料和成孔剂)的原料成形为生坯结构并烧制而制得的陶瓷制品。示例性的陶瓷结构包括例如多孔的微孔陶瓷结构，包括但不限于例如微粒过滤器结构，工业液体过滤器结构和催化剂基材结构。根据本发明的示例性实施方式的微粒过滤器结构能够从过滤器(例如LDD和HDD过滤器)通道内通过的流体流中除去微粒物质。本发明示例性的微粒过滤器可以应用于从任意的流体流除去任意的微粒物质，所述流体流可以是气体或液体的形式。气体或液体还可包含另一相，例如在气流或液流中的固体微粒，或者在气流中的液滴。非限制性示例性流体流包括内燃机，例如柴油发动机和汽油发动机产生的废气，，水性液流，煤气化工艺产生的燃煤烟道气。因此，尽管在各种示例性实施方式中描述了LDD和HDD微粒过滤器，但是本发明适用于用来过滤流体流的其它的多孔陶瓷结构，这些结构包括但不限于用于汞和其他有毒元素的去除以及工业液体过滤应用的多孔陶瓷结构。
本发明的陶瓷结构可具有适合于微粒应用的任意形状或几何结构，以及各种构造和设计，包括但不限于例如壁流式整体型结构，流通式整体型结构，或部分流通式整体型结构(即壁流式整体型结构和流通式整体型结构的任意组合)。示例性的壁流式整体件包括例如任何整体型结构，其包括通道或多孔网络或者其它的通路，其中在结构的相反的端部，各条通路敞开和堵塞，由此在流体从一端流到另一端的时候，促进流体流流过整体件的通道壁。示例性的流通式整体件包括例如具有以下性质的任意整体型结构：其包括通道或多孔网络或者其它的通路，各条通路在两端开放，从而允许流体流从一端到相反端流过该整体件的通路。示例性的部分流通式整体件包括例如部分壁流式和部分流通式的任意整体型结构。
图2显示本发明的陶瓷结构的一个示例性实施方式。所述陶瓷结构200具有入口端202、出口端204、以及从所述入口端202延伸到出口端204的多个通道208，210。所述通道208，210由交叉的多孔壁206限定，从而形成一般微孔的构造(本领域普通技术人员有时候将其称作蜂窝体构造)。尽管图中显示陶瓷结构200的通道截面(即在垂直于结构200纵轴的平面上)基本为正方形，但是本领域普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的范围的情况下，通道208，210可以具有各种其它的几何形状，例如截面为圆形、正方形、三角形、矩形、六边形、正弦曲线形或其任意组合。
另外，尽管显示陶瓷结构200为圆柱形，但是本领域技术人员应当理解，此种形状仅仅是示例性的，本发明制造的陶瓷结构可以具有各种形状，包括但不限于块状、立方体形状、四面体形状等。
所述陶瓷结构200可以由任意合适的基于粘土的材料制备。示例性的材料包括各种基于粘土的陶瓷材料，包括但不限于堇青石、碳化硅、氮化硅、钛酸铝和富铝红柱石。在各种示例性的实施方式中，所述陶瓷结构200可以例如通过将原料挤出和/或模塑为生坯结构，然后进行烧制，从而形成整体型结构。本领域普通技术人员熟悉用来挤出和/或模塑这些生坯整体型结构的各种技术。
各种示例性实施方式的陶瓷结构还可包括外皮，例如外皮214，形成所述结构的外周侧表面。所述外皮可以由与多孔壁相同或不同的材料制造，在各种实施方式中，其厚度可以大于多孔壁。在各种示例性的实施方式中，所述外皮可以与生坯结构的其他部分一起挤出和/或模塑。在各种其它的示例性实施方式中，所述外皮可以是包在通道网络的外部部分周围的独立结构，与通道网络一起进行烧制，以形成陶瓷结构。
如上文所讨论，所述陶瓷结构芯内有机材料烧尽(放热过程)和粘土脱水(吸热过程)的重叠可能产生内热引起的应力，导致结构的内部开裂。在下文中将会更详细地描述，本发明人已发现可以通过以下方式避免此种重叠；由此提高产品的残存性：在等于和/或低于阈值温度的温度下花预定量的时间(例如预定的最短时间段)，从而使得粘土开始脱水之前有机材料基本完全烧尽。在一个示例性的实施方式中，本发明考虑了通过以下方式来防止所述重叠：在初始烧制区间的第一阶段期间，以较慢的第一定时温度循环对烧制环境进行加热，从而使得在与生坯结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前有机材料基本完全烧尽，然后通过在初始烧制区间的第二阶段期间，以较快的定时温度循环对烧制环境进行加热而升温。在另一个示例性的实施方式中，本发明考虑了通过以下方式避免所述重叠：首先在初始加热区间的第一阶段期间以较快的定时温度循环对烧制环境进行加热，将烧制环境在阈值温度保持一段时间，从而使得在与芯紧邻的粘土开始脱水之前有机材料基本完全烧尽，然后在初始烧制区间的第二阶段期间以较快的定时温度循环重新开始对烧制环境进行加热。不管在初始烧制区间的第一烧制阶段和第二烧制阶段选择的具体的定时温度循环，本发明认为通过选择定时温度循环来避免在与生坯结构的芯紧邻处发生的有机材料烧尽与粘土脱水的过程重叠，同时使得完成初始烧制区间的总体时间缩短(例如最大程度减少)，由此缩短了(例如最大程度减少)总体的烧制循环时间。
在本文中，术语“烧制循环”表示从初始烧制区间直到完全冷却下来制得陶瓷结构的完全的时间-温度分布曲线。换而言之，术语“烧制循环”包括在结构形成过程中发生的全部三个一般的区间(例如图1中的101，102和103)，可以包括任意数量的不同的定时温度循环。
在本文中，术语“定时温度循环”表示在一个时间段内，烧制环境温度的变化，包括例如在一个时间段内平均的可变速率的温度升高(即可变变温速率)，恒定的温度升高(即恒定的变温速率)，温度保持(即在特定温度保持恒定)以及/或者这些情况的任意组合。在本文中，术语“平均变温速率足以在与所述陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，基本完全烧尽有机材料的第一定时温度周期”表示：一种定时温度循环，其能够在与所述结构的芯紧邻的粘土脱水的吸热过程开始之前，使得约等于或大于90％的与所述陶瓷结构的芯紧邻的有机材料失重以及/或者放热反应完成，例如结果是在约等于或高于400℃，例如在约等于或高于425℃的温度下，产生的热量可忽略。
对于特定的定时的温度循环，本领域普通技术人员能够理解如何确定在粘土开始脱水之前，有机材料是否基本完全烧尽，其方法是绘制陶瓷结构的芯/外皮温差(ΔT)(通过用T中间-芯-T顶部-外皮计算得到)相对于陶瓷结构外皮温度的曲线图(例如见图4)，寻找是否存在对应于粘土脱水阶段的外皮温度范围内(例如约400-600℃)的大的正的ΔT值(例如正的峰)。在粘土脱水阶段的任何部分的正的ΔT值约大于30℃都可表明有机材料烧尽和粘土脱水重叠。换而言之，当绘制ΔT-外皮温度曲线的时候，如果对应于初始烧制区间的粘土脱水阶段的外皮温度范围内的ΔT约小于30℃，则在与陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，就发生了有机材料基本完全烧尽。
如上文所讨论，本发明揭示了发明人发现的理论，即为何在生坯结构的一些烧制循环(例如在整个循环中采用较高烧制变温速率的循环)内，陶瓷结构会发生内部开裂。更具体来说，由于延迟的放热反应在初始烧制区间的第二阶段(例如在粘土脱水阶段)发生的内部开裂也会使得有机材料烧尽和与结构的芯紧邻的粘土脱水重叠。为了完全理解这个问题，本发明人使用实验烧制循环将各种示例性堇青石轻型柴油机过滤器的这些临界定时温度循环分离，如以下参照图2-7所示和所述。为了确定堇青石轻型柴油机过滤器的近似的最小烧制循环长度(例如快速烧制的极限)，对各种多日的烧制循环(6天、5天、4天和3天)进行了测试，初始烧制区间的第一阶段和第二阶段的结果绘制在图3中。在各个烧制循环中，从绘制在图3中的7天循环表示的80小时周期循环的基线，对初始烧制区间变温速率(即从约180℃到约750℃的烧制环境温度范围的变温速率)进行变化。也就是说，在基线循环中，初始烧制区间的第二阶段在约80小时之后完成。下表总结了直径5.66英寸×长6英寸(5.66”x 6”)的堇青石轻型柴油机过滤器以及直径7英寸×长6英寸(7”x 6”)的堇青石轻型柴油机过滤器在图3所示的烧制循环的开裂结果。对于本文所述的各种结果，通过对各被测过滤器的垂直截面和/或水平截面进行观察，来确定开裂情况。
表1：图3所示的烧制循环的开裂结果
如表1所示，当烧制循环从4天缩短到3天，过滤器开始产生裂纹。也就是说，对于3天的循环，观察到六个5.66”x 6”过滤器中的一个出现裂纹(即17％)，三个7”x 6”过滤器都产生了裂纹(即100％)。如图3所示，4天循环和3天循环之间的主要差异是在初始烧制区间的第一阶段期间采用的定时温度循环(即限定的BO阶段过程中，在此情况下，约为180℃至425℃)。更具体来说，所述4天循环的定时温度循环在此温度范围内所用的平均变温速率约为9℃/小时，而3天的循环所用的平均变温速率约为25℃/小时。
下面来看图4，为了进一步理解开裂现象，针对5.66”x 6”堇青石轻型柴油机过滤器，对于图3的3天循环和4天烧制循环，收集了用与过滤器的中间芯部紧邻处的温度与过滤器的外部顶表面紧邻处的温度之差(T中间-芯-T顶部-外皮)计算得到的芯/外皮的温差，并绘制该温差随外皮温度而变化的图。如图4所示，当烧制循环从4天缩短到3天的时候，芯-外皮温差发生显著的变化。与4天循环相比，3-天的循环在外皮温度约为400-525℃的范围内出现了正的ΔT峰(即最大的正的芯/外皮温差)，该温度范围对应于粘土脱水阶段。
为了更好地理解开裂机理和从4天循环到3天循环的ΔT曲线所显示的变化的相互关系，我们进行了进一步的实验，结果示于图5-7。在图5，针对5.66”x 6”和7”x 6”的轻型柴油机过滤器，除了以上关于图3所述的循环以外，还对各种实验烧制循环(4B-天，4C-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天)进行了测试。如上文所述，如图5所示，在各个烧制循环中，从7天循环曲线表示的基线80小时周期循环和从分别由4天循环曲线和3天循环曲线表示的49小时和28小时周期循环(图5的3天循环和4天循环与图3所示的相同)，对初始烧制区间的第一和第二阶段(对应于烧制温度约为180℃至750℃)的定时温度循环进行了改变。
如图5所示，4B-天，4D-天和4E-天循环在初始烧制区间的第一阶段的第一部分(在此情况下，约在180-350℃的温度范围内)期间，使用的平均变温速率相对于4天循环所用的速率略微增大，在第一阶段的第二部分(在此情况下，约在350-425℃的温度范围内)期间使用的平均变温速率更显著增大。其结果是，在初始烧制区间的全部第一阶段(即BO阶段，在此情况下，约在180-425℃的温度范围内)内，平均变温速率相对于4天循环使用的速率总体增大。4B-天，4D-天和4E-天的循环在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段，在此情况下，约在425-750℃的温度范围内)期间的平均变温速率也分别增大。在初始烧制区间的第一阶段的第一部分(在此情况下，约在180-275℃的温度范围内)期间，4C-天循环使用的平均变温速率相对于4天循环所用的速率更显著增大，由此约在180-350℃的温度范围内，初始平均变温速率相对于4B-天，4D-天和4E-天的循环所用的速率增大，并且在初始烧制区间的全部第一阶段(即BO阶段，在此情况下，约为180-425℃的温度范围内)内，总体平均变温速率增大。4F-天循环在初始烧制区间的第一阶段的一部分(在此情况下，约在180-350℃的温度范围内)期间使用的平均变温速率大致与4-天循环使用的速率相同，在第一阶段剩余部分(在此情况下，约在350-425℃的温度范围内)期间使用的平均变温速率显著增大，由此使得在初始烧制区间的全部第一阶段(即BO阶段，在此情况下，约在180-425℃的温度范围)内的平均变温速率相对于4B-天，4D-天和4E-天循环使用的速率总体减小。在初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段，在此情况下，约在180-425℃的温度范围内)期间，4G-天循环使用的平均变温速率大致与3-天循环相同，直到在400℃保持约10小时，由此造成约在180-350℃的初始平均变温速率较高，随后在约350-425℃的平均变温速率较低。类似地，在初始烧制区间的第一阶段(即BO区域，在此情况下，约在180-425℃的温度范围内)期间，4H-天循环使用的变温速率大致与3-天循环相同，直到在425℃保持约10小时，由此也造成约在180-350℃的初始平均变温速率较高，随后约在350-425℃的平均变温速率较低。因此，在初始烧制区间的全部第一阶段(即BO阶段，在此情况下，约在180-425℃的温度范围)内，4G-天和4H-天循环的结果是平均变温速率相对于4天循环使用的速率增大，相对于4B天、4D天和4E天循环的速率略微减小。
下表总结了针对5.66”x 6”堇青石轻型柴油机和7”x 6”堇青石轻型柴油机过滤器，烧制循环的开裂结果。
表2：图5所示的烧制循环的开裂结果
如表2所示，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环无裂纹，但是4C-天循环显示有50％的7”x 6”过滤器出现裂纹(四个被测过滤器中的两个有裂纹)。因此，本发明人得出以下结论：在初始烧制区间的第一阶段(即在BO温度区域)期间使用的变温速率对于防止裂纹来说是很重要的。但是，本发明人还得到以下结论：一旦有机材料完全烧尽(例如甲基纤维素和淀粉烧尽)，可以自由增大平均变温速率，而不会导致陶瓷结构在烧制过程中产生裂纹。根据表2的结果，对于堇青石轻型柴油机过滤器，在初始烧制区间的第一阶段，例如约在180-425℃的温度范围内使用的平均速率会对内部开裂造成影响(见4C-天循环)，而在初始烧制区间的第二阶段(例如约在425-750℃的温度范围内)期间采用的平均速率却不会造成显著的影响(见4D-天和4E-天循环)。因此，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环证明当对初始烧制区间的第一阶段和第二阶段采用较短的定时温度循环(由此采用较短的总体烧制循环)的时候，例如其中对于所示的实验，完成初始烧制区间的第二阶段的时间约小于或等于39小时，可以防止内部裂纹产生。
尽管以上结果表明可以根据本发明的示例性实施方式使用定时温度循环，例如对于轻型过滤器，其中从烧制循环起始到完成第二阶段的时间约小于或等于39小时，但是预期，结果以更长的时间完成第二阶段，但是完成上述对7天循环基线的第二循环的时间仍然少于80小时的定时温度循环也在本发明的范围内。因此，在各种示例性的实施方式中，考虑从烧制循环开始到完成初始烧制区间的第二阶段的时间可以约小于或等于62小时。
下表总结了对于表5所示的烧制循环，在初始烧制区间的第一和第二阶段期间采用的定时温度循环的平均变温速率。
表3：图5所示的烧制循环的平均变温速率
如上文所述，对于堇青石轻型柴油机过滤器，本发明人得以下结论：在初始烧制区间的第一阶段(即约在180-425℃的温度范围内)期间使用的变温速率对于防止内部开裂来说是很重要的。因此，如表2和表3所示，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环表明当初始烧制区间的第一阶段和第二阶段使用较短的循环(从而采用较短的总体烧制循环)的时候，能够防止开裂，其中，在第一阶段期间对烧制环境进行加热包括以约等于或小于12℃/小时的平均变温速率，例如约4.2-12℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热(即，定时温度循环包括约在180℃至425℃的温度范围内使用的任意数量的速率以及保持，但是得到的平均变温速率约低于或等于12℃/小时)。
但是，一旦有机材料完全烧尽(例如甲基纤维素和淀粉烧尽)，可以自由增大平均变温速率，而不会导致陶瓷结构在烧制过程中发生内部裂纹。因此，如表2和表3所示，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环表明当初始烧制区间的第一阶段和第二阶段使用较短的循环(从而采用较短的总体烧制循环)的时候，能够防止内部开裂，其中，在初始烧制区间的第二阶段期间对烧制环境进行加热包括以约等于或小于75℃/小时的平均变温速率，例如约12-75℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热(即，定时温度循环包括约在425-750℃的温度范围内使用的任意数量的速率，但是得到的平均变温速率约低于或等于75℃/小时)。
如表3所示以及上文所述，还可以将初始烧制区间的第一阶段分成两部分，第一部分的温度范围约为180-350℃，第二部分的温度范围约为350-425℃，它们对应于初始烧制区间的第一阶段内的两个独立的烧尽过程。在第一阶段的第一部分，有机材料烧尽；但是，留下有机材料产生的一定量的炭。在第一阶段的第二部分，有机材料的剩余的炭烧尽。因此本发明人得出以下结论，初始烧制区间的第一阶段的各个部分期间采用的平均变温速率也会对防止裂纹有影响。因此，如表2和表3所示，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环证明当初始烧制区间的第一和第二阶段采用以下较短的循环的时候(由此采用较短的总体烧制循环)，可以防止内部开裂，其中，第一阶段期间对烧制环境进行加热包括以约低于或等于25℃/小时的平均变温速率，例如平均变温速率约为3.6-25℃/小时将烧制环境从约180℃加热至约350℃，以约小于或等于25℃/小时的平均变温速率，例如约为4.2-25℃/小时的平均变温速率将烧制环境从约350℃加热至约425℃。
为了更好地理解初始烧制区间的各个阶段以及它们对ΔT的影响，如上文所述，在图6中，针对5.66”x 6”堇青石轻型柴油机过滤器，绘制对于图5的烧制循环，芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图。如图6所示，各个峰(负峰和正峰)可涉及各个烧制循环内的具体过程。通过对这些峰进行鉴别，这些峰表示各种烧制循环中测试的堇青石LDD的相对的最大的正的或相对最大的负的芯/外皮温差，由此有助于解释从4天循环到3天循环的ΔT曲线显示的显著变化。如上文所述，与4天循环相比，3-天的循环约在400-525℃的温度范围(即，图6-7中编号602表示的粘土脱水阶段)出现了正的ΔT峰(即最大的正的芯/外皮温差)。本发明人发现超过约30℃的大的正ΔT峰是约在325℃的负的ΔT峰(即最大的负的芯/外皮温差)的结果。也就是说，因为初始烧制区间的第一阶段(即图6-7中编号604表示的BO阶段)具有高的加热速率，所述结构的芯与结构的外皮之间的温差增大，这又会延迟芯内的放热反应(即粘合剂和成孔剂的烧尽)。该放热反应释放的热量不容易逸散，使得长时间内芯的温度保持高于外皮的温度，因此，使得该放热反应和随后的粘土脱水吸热过程发生重叠(图6-8中的圆圈内的区域606)。换而言之，在芯中的有机材料烧尽(即“芯燃完”)之后，所述结构没有足够的时间在粘土开始脱水之前相对于外皮冷却，造成这些过程重叠以及高的正的ΔT值(表现为初始烧制区间的粘土脱水阶段的最大的正的芯/外皮温差约超过30℃，这是在图6的约400-525℃的温度范围内发生的)。因此，与4-天循环相比，3-天循环显示有机材料烧尽和粘土脱水(初始烧制区间的第一阶段和第二阶段)重叠，由此导致结构内部开裂。相反，对于5.66”x 6”结构，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环都避免了此种重叠，如表现为在对应于粘土脱水阶段的外皮温度范围内没有超过约30℃的任意正的ΔT值。换而言之，因为在整个粘土脱水阶段各个循环中芯/外皮温差(ΔT)连续减小(即ΔT不增大)，因此有机材料的烧尽和粘土脱水峰之间没有重叠，如表现为在3天循环内大的ΔT峰的重叠。
类似地，在图7中，针对7”x 6”堇青石轻型柴油机过滤器，对于图5的烧制循环，绘制芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图。再一次如图7所示，4B-天，4D-天，4E-天，4F-天，4G-天和4H-天循环避免了与结构的芯紧邻处在初始烧制区间内发生有机材料烧尽和粘土脱水阶段的重叠。但是，如图7的圆圈区域606所示，4C-天的循环的结果是没有因此在50％的被测的7”x 6”的结构中产生裂纹。因此，基于上文，本发明人发现，避免与生坯结构的芯区域紧邻的有机材料烧尽和粘土脱水重叠的循环可导致最大程度减少或者防止产生内部开裂。换而言之，在初始烧制区间的第一阶段期间，以第一定时温度循环对烧制环境进行加热，所述第一定时温度环境的平均变温速率足以在结构的芯内粘土开始脱水之前，基本完全烧掉有机材料(即避免重叠)，可以最大程度减小或避免内部开裂，由此提高残存性。
根据以上的3-天和4C-天循环，还得到以下结论：初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)的ΔT值(例如ΔT峰)的符号可以表明在粘土脱水之前，有机材料的烧尽是否基本完全。大的正的ΔT值，例如约大于30℃，会导致有机材料烧尽和粘土脱水过程的重叠，因此使得结构的芯在结构的外皮之前发生收缩，由此造成内部裂纹。因此，为了基本上避免此种重叠(即确保在与陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，基本完全烧掉有机材料)，可以对所述初始烧制区间的第一阶段使用的定时温度循环进行调节，直至初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)中没有超过30℃的ΔT值。但是，实际上，为了避免有机材料烧尽和粘土脱水重叠(即为了确保与陶瓷结构的芯紧邻处粘土开始脱水之前使得有机材料完全烧掉)，最好选择第一定时温度循环，使得初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)内没有超过约0℃的ΔT值。
在实验4G天和4H天循环内对该发现进行了测试。如图7所示，在4G-天循环中，使用以下实验循环对7”×6”堇青石LDD结构进行烧制：在约400℃保持烧制一段时间，使得在初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段)期间，所述结构产生高的正的ΔT值，但是在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)不产生高的正的ΔT值。类似地，在4H-天循环中，使用以下实验循环对7”×6”堇青石LDD结构进行烧制：在约425℃保持烧制一段时间，使得在初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段)期间，所述结构产生高的正的ΔT值，但是在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)不产生高的正的ΔT值。因此，基于上文，烧制循环通过以下方式控制来避免与生坯结构的芯紧邻的有机材料烧尽和粘土脱水的重叠：在初始烧制区间的第一阶段期间，在等于或低于阈值温度的温度下烧制所述生坯足够的时间段(例如在最短的时间内将烧制环境温度升高到阈值温度，以及/或者将烧制环境在阈值温度保持最短的时间)，可导致最大程度减少或防止内部开裂。换而言之，在第一时间段将烧制环境加热至第一阈值温度，该第一时间段的加热足以在与所述结构的芯区域紧邻的粘土材料开始脱水之前，使得有机材料基本完全烧掉(即避免重叠)，这样可以提高残存性。
如图8所示，本发明可适用于各种过滤器尺寸，包括例如堇青石重型柴油机(HDD)过滤器。在图8中，针对各种LDD和HDD过滤器尺寸，对于7天烧制循环，绘制芯/外皮温差(ΔT)随着外皮温度而变化的图，结果证明ΔT值对尺寸很敏感，因此产生裂纹。如图8所示，结构的尺寸会以类似于通过缩短初始烧制区间的第一阶段期间定时温度循环(即第一阶段内的温度升高过快)所显示的方式影响内部开裂。因此，与上文所述的LDD过滤器类似，如图8所示，对于最大的结构(即13”x 18.5”的HDD过滤器)确定了约400-525℃的温度范围内，初始烧制区间的第二阶段期间超过约30℃的正的ΔT值，对应于内部开裂。然后用新的8天烧制循环使得初始烧制区间的第一阶段期间使用的变温速率充分减慢，以解决重叠问题，从而显著减少13”x15”HDD过滤器的裂纹水平。
在图9中，针对两种尺寸大致类似的HDD过滤器(分别为13”x18.5”和13”×15”)，对于7天烧制循环和新的8天烧制循环，绘制芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图。如图9所示，与7-天循环相比，8-天循环表明在初始烧制区间的第二阶段(对应于约400-600℃的温度范围)期间有负的ΔT值，从而表明在与陶瓷结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前，有机材料完全烧尽。
图10显示图9的烧制循环的初始区间的第一和第二阶段。如图9和图10所示，8-天循环证明了在最小化的烧制循环时间长度防止HDD过滤器的裂纹的情况，其中第一阶段期间对烧制环境加热包括以约2.3℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。在第二阶段期间对烧制环境加热包括以约11℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。因此，8-天循环证明可以防止HDD过滤器的内部开裂，其中在第一阶段期间对烧制环境加热包括以约等于或小于2.3℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热(也就是说，定时温度循环包括约在180℃至约425℃的温度范围内采用的任意数量的速率和保持，得到的平均变温速率约等于或小于2.3℃/小时)。在第二阶段期间对烧制环境进行加热包括以约等于或小于11℃/小时，例如约2.3-11℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热(即定时温度循环包括约在425-750℃的温度范围内使用的任意数量的速率，得到的平均变温速率约小于或等于11℃/小时)。
因此，本发明的示例性实施方式提供了一些对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法，该方法能够最大程度缩短陶瓷结构的烧制循环时间，同时还能减少和/或防止裂纹。例如，本发明的各种示例性的实施方式可以通过在等于和/或低于阈值温度的温度下花预定的最短的时间段，以使得有机物烧尽，从而避免发生与所述结构的芯紧邻的有机材料烧尽和粘土脱水阶段重叠。各种示例性的实施方式可以通过以下的方式做到这一点：在第一定时温度循环加热烧制环境，例如，在烧制的第一阶段期间采用较慢的平均变温速率，在与结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前基本完全烧掉有机材料，然后在烧制的第二阶段期间，在第二定时温度循环，对烧制环境进行加热从而使得温度升高，例如其平均变温速率比第一定时温度循环的平均变温速率快(例如通过缩短初始烧制区间的时间长度来最大程度减少总体烧制循环长度)。
在包括例如对于以上示例的堇青石轻型柴油机过滤器的各种示例性的实施方式中，在初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段)期间对烧制环境加热可以包括约在180-425℃的温度范围内，以约低于或等于12℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)期间对烧制环境进行加热可以包括约在425-750℃的温度范围内以约等于或小于75℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。
在包括例如对于以上示例的堇青石重型柴油机过滤器的各种示例性的实施方式中，在初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段)期间对烧制环境加热可以包括约在180-425℃的温度范围内，以约低于或等于2.3℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)期间对烧制环境进行加热可以包括约在425-750℃的温度范围内以约等于或小于11℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。
因此，如以上示例，本发明的各种示例性的实施方式提供了堇青石轻型柴油机过滤器和重型柴油机过滤器，其中在初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段)期间对烧制环境加热可以包括约在180-425℃的温度范围内，以约低于或等于12℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。在初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)期间对烧制环境进行加热可以包括约在425-750℃的温度范围内以约11-75℃/小时的平均变温速率对烧制环境进行加热。
各种其它的示例性实施方式可以通过以下方式在烧制过程中基本上防止与生坯结构的芯紧邻的BO阶段和粘土脱水阶段重叠：在初始烧制区间的第一阶段期间较快地将烧制环境加热(例如以较高的变温速率)最高达阈值温度至少第一预定的最小时间段，将烧制环境在此阈值温度保持第二预定的最短时间段，该第二时间段的保持足以使得在与结构的芯紧邻的粘土开始脱水之前基本完全烧掉有机材料，然后在初始烧制区间的第二阶段期间继续进行加热，升高烧制环境的温度(例如也是以较高的变温速率)。对于各种示例性的实施方式，例如对于堇青石轻型柴油机过滤器，所述阈值温度可以约为400-425℃。另外，对于各种示例性实施方式，例如对于堇青石轻型柴油机过滤器，所述第一和第二预定的最短时间段总共可以约为24-46小时。
各种另外的示例性实施方式还可以通过以下方式基本上实现防止在烧制过程中与生坯结构的芯紧邻的BO阶段和粘土脱水阶段重叠：在初始烧制区间的第一阶段期间，以定时温度循环对烧制环境进行加热，该定时温度循环在低于阈值温度的温度下采用预定的最短时间段，以使得在粘土开始脱水之前基本完全烧掉有机材料，然后在初始烧制区间的第二阶段期间继续加热和升高烧制环境的温度。对于各种示例性的实施方式，例如对于堇青石轻型柴油机过滤器，所述阈值温度可以约为400-425℃。另外，对于各种示例性实施方式，例如对于堇青石轻型柴油机过滤器，所述第一和第二预定的最短时间段总共可以约为24-46小时。
对于上文所述的第一和第二预定时间段总共约为24-46小时的各种示例性的实施方式，从开始烧制到初始烧制区间的第二阶段完成的时间可以约为39-62小时。
根据本发明，陶瓷结构及其制备方法的其他特征可以根据需要进行变化，包括例如用于所述结构的材料以及结构的构造(例如尺寸、形状等)。本领域普通技术人员能够理解在不偏离本发明的范围的情况下，本发明的陶瓷结构可以包括任意数量的基于粘土的结构，包括例如基于粘土的微粒过滤器以及/或者其他多孔陶瓷结构。如上文针对堇青石轻型柴油机过滤器和重型柴油机过滤器所述，通过利用本发明，如果绘制芯/外皮温差(ΔT)随外皮温度而变化的图，一旦确定了结构的初始烧制区间的第二阶段(即粘土脱水阶段)期间有正的ΔT值，就可以将初始烧制区间的第一阶段(即BO阶段)期间使用的定时温度循环的平均变温速率减慢，直至正的ΔT值约小于或等于30℃，由此表明在与芯紧邻发生的有机材料烧尽和粘土脱水阶段不再重叠。
本发明的各种示例性的实施方式还考虑了用来对生坯结构进行烧制以制造陶瓷结构的方法，所述方法结合上文所述同时采用各种气体和烧制添加剂，例如氮气。例如，氮气可以延迟有机材料烧尽的放热反应，延迟到粘土脱水吸热过程之后，因此也可以避免有机物烧尽和粘土脱水阶段重叠，由此减少或防止裂纹。本领域普通技术人员能够理解如何将本发明与各种另外的常规烧制方法结合，以进一步最大程度缩短总体烧制循环时间，同时减少和/或消除内部开裂。
另外，尽管本发明的各种示例性的实施方式涉及制造陶瓷结构，例如堇青石轻型和重型柴油机过滤器，但是本发明包括可以用于各种用途的各种陶瓷结构以及用来过滤各种微粒物质的陶瓷结构。示例性的应用包括，但不限于例如用于燃煤发电厂、汽油发动机、工业液体过滤系统、催化剂基材应用，以及固定和非固定应用的过滤器。
对于本说明书和所附权利要求书来说，除非另外说明，否则，所有表示量、百分数或比例的数值，以及说明书和权利要求书中使用的其它的数值都要理解为用术语“约”进行修饰。因此，除非有相反的说明，否则，在本说明书和所附权利要求书中所述的数值参数是近似值，可根据本发明试图获得的所需性质而变化。最低限度，并且不试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围，每个数值参数应至少根据所记录的有效数字的数值并采用一般的四舍五入技术进行解释。
虽然规定本发明宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实施例中列出的数值尽可能准确地记录。然而，任何数值本来含有必然由其各自的测定的测量结果中存在的标准偏差造成的某些误差。另外，本文揭示的所有范围都要理解为包括该范围内的任意和全部的子范围。
应注意，除非明确且毫不含糊地局限于一个指代物，否则在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”，和任何词的任何单数形式包括复数指代物。在本发明中，“包括”一词及其语法上的变型规定为非限制性的，这样列举的列表中项目不应排除可以替换到或者添加到所列项目中的其它类似项目。
应当理解，虽然就本发明的各种示例性实施方式详细描述了本发明，但是应该认为本发明不限于这些示例性实施方式，因为在不偏离所附权利要求书的宽泛范围的情况下，许多修改是可能的。

Claims (3)

1.一种多孔陶瓷结构，其通过包括以下步骤的方法制备:
将包含粘土材料和有机材料的原料成形为生坯结构;以及
在烧制环境中对所述生坯结构进行烧制，其中，所述烧制包括
在烧制的第一阶段，在第一时间段内将所述烧制环境加热，所述第一时间段内的加热足以在与所述生坯结构的芯紧邻的粘土材料开始脱水之前，完全烧掉有机材料,所述烧制的第一阶段包括以小于或等于12℃/小时的平均变温速率将烧制环境从180℃加热至425℃的阈值温度，以及
在烧制的第二阶段，在第二时间段内，以11-75℃/小时的平均变温速率，将所述烧制环境从425℃加热至750℃，在此第二时间段加热期间，发生粘土脱水,
其中从第一阶段开始到第二阶段完成的时间为39-62小时。
2.如权利要求1所述的陶瓷结构,其特征在于，所述烧制的第一阶段内对烧制环境进行加热的操作包括将烧制环境加热至低于或等于所述阈值温度至少第一段预定的最短时间段，并将烧制环境在所述阈值温度保持第二段预定的最短时间段。
3.如权利要求2所述的陶瓷结构，其特征在于，所述第一段和第二段预定的最短时间段总共为24-46小时。
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