CN102815932A - 一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入天然不定型二氧化硅为原料，具体方法为：以高岭土、滑石、氧化铝和二氧化硅为无机主原料，然后外加粘合剂和调和液，依次经过配料→混合→捏合→练泥→成型→干燥→加工→烧成的工序来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率。本发明在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入一定量的天然不定型二氧化硅原料，很好的缓解产品在烧成过程中烧成收缩的问题，从而大大的提高产品的烧成合格率。

Description

一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法

技术领域

本发明涉及特种陶瓷的制造领域，具体为一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法。

背景技术

堇青石蜂窝陶瓷载体，以其多孔、质轻、低膨胀、高强度等特性，基本垄断了汽车尾气三元催化净化器用催化剂载体的市场。因此长期以来人们都在不断为提升堇青石的品质而做着各种研究，特别是在降低堇青石热膨胀系数，从而达到提升堇青石蜂窝陶瓷载体抗热冲击性方面更是做了大量的研究。

自从美国康宁公司于十九世纪七十年代提出，通过使堇青石晶体的C轴在蜂窝陶瓷载体的成型方向上定向排列，从而达到堇青石蜂窝陶瓷载体的热膨胀系数小于堇青石材料的理论值1.45*10-6/℃。为了实现此理论，人们也在不停的探索着各种制备工艺，其中最为成功的制备方法为生料一次合成技术。此技术是将用于合成堇青石的片状高岭土、片状滑石粉等矿山原料和工业氧化铝按照一定配比要求进行配料，制备成需要的蜂窝陶瓷形状，再将蜂窝陶瓷生坯放入窑炉中进行烧成，烧成过程不但是产品陶瓷化的过程，同时也是合成堇青石材料的过程。此工艺中的片状高岭土和滑石粉在通过蜂窝陶瓷模具挤出成型时，片状结构的高岭土和滑石粉会在挤出方向上按照一定的规律产生定向排列，这种定向排列的方向正好是产品烧成过程中合成堇青石C轴的方向，因此只要在产品成型过程中高岭土和滑石粉能够在成型方向上定向排列，产品烧成后合成的堇青石的C轴也会在产品的挤出方向上排列。

上述工艺是目前能够使堇青石蜂窝陶瓷载体热膨胀系数降低到堇青石材料理论值以下的唯一途径。但是由于此工艺中成型过程中只能采用晶体结构没有被破坏的矿山原料，而且为了使原料能定向排列，原料的粒度又必须足够的细，这些因素都会至使产品在烧成过程中产生很大的收缩，使产品在烧成过程中产生很大的内应力，从而使产品产生开裂，通常国内厂家采用此生料一次成型工艺来生产，产品的开裂率在60—90%之间，因此国内基本没有厂家敢采用此工艺来进行生产。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，该方法在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入一定量的天然不定型二氧化硅为原料，很好的缓解产品在烧成过程中烧成收缩的问题，从而大大的提高产品的烧成合格率。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入天然不定型二氧化硅为原料，具体方法为：以高岭土、滑石、氧化铝和二氧化硅为无机主原料，然后外加粘合剂和调和液，依次经过配料→混合→捏合→练泥→成型→干燥→加工→烧成的工序来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率。

作为优选，无机主原料各组分的重量百分比为：高岭土20%-40%、滑石38%-41%、氧化铝20%-26%、二氧化硅0.1%-15%。

作为优选，所述粘合剂为纤维素，外加粘合剂的重量为无机主原料的4%-8%。

作为优选，所述调和液由分散剂、润滑剂和水配置而成，三者的质量比为1:3:54，外加粘合剂的重量为无机主原料的29%-33%。

以现有技术相比，本发明的有益效果是：该方法在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入一定量的天然不定型二氧化硅原料，很好的缓解产品在烧成过程中烧成收缩的问题，从而大大的提高产品的烧成合格率。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，该方法在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入一定量的天然不定型二氧化硅原料，可以很好的缓解产品在烧成过程中的烧成收缩问题，从而大大的提高产品的烧成合格率。

实施例1

产品生产试验工艺路线为：配料→混合→捏合→练泥→成型→干燥→加工→烧成。

用精度为10g的电子称按照下列比例称量称量各种原料进行配料作业：

※外加：是指以无机主原料作为100%，而额外添加的一定比例的辅助原料。

具体工艺如下：将称量好的无机主原料和外加的粉体粘结剂，一起加入到粉体混合机中混合45分钟，使各种粉体原料充分的混合均匀。将混合好的粉体原料倒入捏合机中，在开启捏合机的同时将配好的调和液（将分散剂、润滑剂充分的溶解在水中）均匀的喷撒到粉体原料中，经过120分钟的捏合，粉体原料被捏合成具有可塑性的泥块。将泥块从捏合机中取出在真空练泥机中再真空度小于-0.09MPa的条件下，将泥块炼制成直径160mm长度500mm的泥段。将泥段放入20吨液压挤出机的直径180mm料缸中，用6mil/400目的模具将产品成型为?123mm*180mm，成型后的产品放入微波炉中干燥到产品含水率小于2%以下，干燥后的产品的尺寸约为?119.5mm*178mm。将干燥好的产品用双面切割机将产品两头进行切割加工成?119.5mm*153mm。加工后的产品放入天然气窑炉中在烧成周期48小时，最高烧成温度1430度、保温时间8小时的条件下进行烧成，烧成后产品的尺寸为?118mm*152mm。产品出窑后对产品的逐个进行外观检查，在烧成的380个产品中，端面开裂不良品8个，侧面开裂不良品5个，产品的烧成合格率为96.6%。

采用与实施例1相同生产工艺，产品成型模具和成型高度都相同，只改变无机主原料的质量百分比，做如下对比试验，具体试验配方为：

由上述实施例可以看出，随着配方中天然不定型二氧化硅的量的减少，产品烧成收缩明显的增大，同时产品的烧成开裂不良率也随之上升。特别是氧化硅的含量在1%-15%之间时，可以明显的提高产品的烧成合格率。

本发明之所以选用不定型硅微粉来调整产品烧成收缩，一方面是因为在堇青石（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）的化学组成中有SiO₂的存在，在产品烧成合成堇青石的过程中硅微粉也会参与到合成堇青石的化学反应中，这样可以充分的确保生产出来的产品的堇青石的含量达到95%以上，从而能生产出高品质的堇青石蜂窝陶瓷产品。另一方面是由于天然不定型二氧化硅在加热过程中会发生下表中的一系列晶型转变，特别是在产品烧成过程中以下三个体积会发生较大收缩的关键温度段：1）430K左右开始的有机物排除温度温度段；2）840K左右原料结晶水的排除温度段；3）1270K附近的产品堆积孔隙急剧缩小温度段。二氧化硅都会有晶型的转变带来的体积膨胀效应。这样收缩和膨胀在产品烧成过程中就会相互抵消从而使产品在烧成过程中导致产品开裂的内应力降低。

石英晶型转变对应的体积效应表：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，其特征是：在堇青石蜂窝陶瓷生产配方中引入天然不定型二氧化硅为原料，具体方法为：以高岭土、滑石、氧化铝和二氧化硅为无机主原料，然后外加粘合剂和调和液，再依次经过配料→混合→捏合→练泥→成型→干燥→加工→烧成的工序来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率。

2.根据权利要求1所述的一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，其特征是：无机主原料各组分的重量百分比为：高岭土20%-40%、滑石38%-41%、氧化铝20%-26%、二氧化硅0.1%-15%。

3.根据权利要求1所述的一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，其特征是：所述粘合剂为纤维素，外加粘合剂的重量为无机主原料的4%-8%。

4.根据权利要求1所述的一种利用不定型硅微粉来调整堇青石蜂窝陶瓷烧成收缩率的方法，其特征是：所述调和液由分散剂、润滑剂和水配置而成，三者的质量比为1:3:54，外加粘合剂的重量为无机主原料的29%-33%。