CN103387387A - 一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于液体添加剂的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：（1）粉体原料配制；（2）液态调和剂配制；（3）泥料制备；（4）泥坯制备；（5）挤出成型；（6）干燥定型；（7）坯体后加工；（8）产品烧成。本发明取决于模具的成型尺寸与挤出机的料缸尺寸之间的配合度，确保泥料中已经产生定向排列的原料颗粒在通过模具挤出成型时，仍然能够在产品的挤出方向上产生很好的定向排列。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝陶瓷的制造领域，具体为一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法。
背景技术
汽车用蜂窝陶瓷载体要求产品材质具备很低的热膨胀系数，从而确保产品能够经受频繁的急冷急热的冲击而不出现开裂。目前市面上基本都采用堇青石材质来生产蜂窝陶瓷载体。堇青石材质的理论热膨胀系数为1.45*10-6/℃（室温～800℃平均线膨胀系数），按照此膨胀系数生产的蜂窝陶瓷载体的抗热冲击温度只能约达到550℃。而汽车用蜂窝陶瓷载体的正常使用温度为650℃到室温，因此采用常规工艺生产的热膨胀系数为1.45*10-6/℃左右的堇青石蜂窝陶瓷载体并不能满足要求。
美国康宁公司有专利介绍，堇青石晶体的热膨胀系数为三向异性的，其A轴热膨胀系数为2.9*10-6/℃、B轴热膨胀系数为2.9*10-6/℃、C轴热膨胀系数为-1.1*10-6/℃，并介绍说只要能使产品中堇青石C轴在某一个方向上尽可能多的排列，就可以生产出热膨胀系数小于1.45*10-6/℃以下热膨胀系数的堇青石蜂窝陶瓷产品，并且也成功的生产出热膨胀系数为0.5～1.0*10-6/℃的堇青石蜂窝陶瓷载体产品。
采用合成堇青石所需要的高岭土、滑石、氧化铝等原料进行生产的生产工艺，此工艺虽然具备了堇青石晶体在产品挤出方向上定向排列的条件，但是由于要想使在产品烧成过程中所合成的堇青石晶体的C轴在产品的挤出方向上产生定向排列，就必须在产品成型时，原料中高岭土、滑石等原料扁平状晶体在产品的挤出方向上按照某种规律定向排列。试验表明堇青石在合成过程中，C轴的生成方向是按照高岭土晶体的扁平延展方向进行生成的，因此要使产品中堇青石晶体的C轴在产品挤出方向上产生定向排列，就要在产品成型过程中，使高岭土按照扁平状晶体的延展在产品挤出方向上尽可能多的产生定向排列。
为了确保蜂窝陶瓷产品在烧成时，晶体的C轴能够在产品的挤出方向上产生定向排列，在选择堇青石合成原料的时候就必须保证所选择的原料的晶体形状是有利于在成型时较为容易产生定向排列，特别是对于堇青石晶体C轴生产方向所依附的原料高岭土，必须确保原料粉体中至少含有50%以上的晶型较为完整的扁平状颗粒。同时如果原料中的滑石晶体如果能保证是板状的就能更好的促进高岭土原料晶体扁平延展方向在产品挤出方向上的定向排列。
然而实际生产中并不是说只要原料的晶体结构具备以上要求了，就一定能够生产出热膨胀系数低于1.45*10-6/℃的高品质蜂窝陶瓷载体。使烧成合成堇青石晶体产生定向排列的是在产品生产过程中，真空炼泥能使泥料中高岭土片状结构延展方向，滑石板状颗粒延展方向在泥料出泥方向产生定向排列。然而就算是在真空炼泥后的泥料中，原料的颗粒产生了很好的定向排列，在产品经过模具挤出成型时，泥料中定向排列好的原料颗粒在通过模具挤出成型成产品时，在产品的挤出方向上也不一定能产生定向排列。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，以解决背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉体原料配制：称取35～45wt%的扁平状晶型高岭土粉、35～45wt%板状晶型滑石粉、10～30wt%氧化铝粉，同时称取上述原料总重量3～8wt%的粘结剂作为成型助剂，将上述原料、粘结剂加入粉体混合机中进行充分搅拌，直到混合均匀，得到粉体原料；
（2）液态调和剂配制：称取步骤（1）中得到的粉体原料总重量20～35wt%水、0.1～1.5wt%分散剂、0.5～2.5wt%润滑剂，将上述分散剂和润滑剂缓慢加入水中进行搅拌，直至分散剂和润滑剂溶解到水中，得到液态调和剂；
（3）泥料制备：将步骤（1）混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，同时喷入步骤（2）得到的液态调和剂，粉体原料逐渐变成泥块，当泥块的可塑性稳定后即完成泥料制备；
（4）泥坯制备：将步骤（3）得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥，绞龙和筒壁之间的间隙为2～8mm，出泥口直径比绞龙外筒直径小80～300mm，炼泥过程中真空度≤-0.09MPa，得到与成型机料筒规格配套的泥坯；如果泥坯有分层现象，可采用多次重复炼泥方式使泥坯满足要求；
（5）挤出成型：将步骤（4）得到的泥坯放入真空挤出机中，挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差不大于100mm，通过模具挤制出所需尺寸的蜂窝陶瓷素坯；
（6）干燥定型：将步骤（5）得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波炉中进行加热干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2%，从微波炉中取出，坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品；
（7）坯体后加工：将步骤（6）定型后的蜂窝陶瓷半成品按照烧成收缩的比例放尺后，将两端多余部分切割掉；
（8）产品烧成：将步骤（7）中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧成，烧成周期为25～120小时，烧成温度为1360℃～1450℃，保温时间为4～8小时，得到所需的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷。
作为以上技术方案的一种优化：步骤（5）中挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差不大于80mm。
产品成型时，要想确保泥料中已经产生定向排列的原料颗粒在通过模具挤出成型时，仍然能够在产品的挤出方向上产生很好的定向排列，取决于模具的成型尺寸与挤出机的料缸尺寸之间的配合度。当挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差大于100mm，泥料中原有的原料定向排列的程度在成型好的产品的挤出方向上的定向排列的程度将开始下降；当挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差大于200mm时，泥料中原有的原料的定向排列在成型好的产品的挤出方向上的定向排列基本被完全打乱。
有益效果：
本发明取决于模具的成型尺寸与挤出机的料缸尺寸之间的配合度，确保泥料中已经产生定向排列的原料颗粒在通过模具挤出成型时，仍然能够在产品的挤出方向上产生很好的定向排列。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉体原料配制：称取35～45wt%的扁平状晶型高岭土粉、35～45wt%板状晶型滑石粉、10～30wt%氧化铝粉，同时称取上述原料总重量3～8wt%的粘结剂作为成型助剂，将上述原料、粘结剂加入粉体混合机中进行充分搅拌，直到混合均匀，得到粉体原料；
（2）液态调和剂配制：称取步骤（1）中得到的粉体原料总重量20～35wt%水、0.1～1.5wt%分散剂、0.5～2.5wt%润滑剂，将上述分散剂和润滑剂缓慢加入水中进行搅拌，直至分散剂和润滑剂溶解到水中，得到液态调和剂；
（3）泥料制备：将步骤（1）混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，同时喷入步骤（2）得到的液态调和剂，粉体原料逐渐变成泥块，当泥块的可塑性稳定后即完成泥料制备；
（4）泥坯制备：将步骤（3）得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥，绞龙和筒壁之间的间隙为2～8mm，出泥口直径比绞龙外筒直径小80～300mm，炼泥过程中真空度≤-0.09MPa，得到与成型机料筒规格配套的泥坯；如果泥坯有分层现象，可采用多次重复炼泥方式使泥坯满足要求；
（5）挤出成型：将步骤（4）得到的泥坯放入真空挤出机中，挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差为90mm，通过模具挤制出所需尺寸的蜂窝陶瓷素坯；
（6）干燥定型：将步骤（5）得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波炉中进行加热干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2%，从微波炉中取出，坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品；
（7） 坯体后加工：将步骤（6）定型后的蜂窝陶瓷半成品按照烧成收缩的比例放尺后，将两端多余部分切割掉；
（8） 产品烧成：将步骤（7）中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧成，烧成周期为25～120小时，烧成温度为1360℃～1450℃，保温时间为4～8小时，得到所需的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷。
实施例2
一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1） 粉体原料配制：称取35～45wt%的扁平状晶型高岭土粉、35～45wt%板状晶型滑石粉、10～30wt%氧化铝粉，同时称取上述原料总重量3～8wt%的粘结剂作为成型助剂，将上述原料、粘结剂加入粉体混合机中进行充分搅拌，直到混合均匀，得到粉体原料；
（2） 液态调和剂配制：称取步骤（1）中得到的粉体原料总重量20～35wt%水、0.1～1.5wt%分散剂、0.5～2.5wt%润滑剂，将上述分散剂和润滑剂缓慢加入水中进行搅拌，直至分散剂和润滑剂溶解到水中，得到液态调和剂；
（3） 泥料制备：将步骤（1）混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，同时喷入步骤（2）得到的液态调和剂，粉体原料逐渐变成泥块，当泥块的可塑性稳定后即完成泥料制备；
（4） 泥坯制备：将步骤（3）得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥，绞龙和筒壁之间的间隙为2～8mm，出泥口直径比绞龙外筒直径小80～300mm，炼泥过程中真空度≤-0.09MPa，得到与成型机料筒规格配套的泥坯；如果泥坯有分层现象，可采用多次重复炼泥方式使泥坯满足要求；
（5） 挤出成型：将步骤（4）得到的泥坯放入真空挤出机中，挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差为40mm，通过模具挤制出所需尺寸的蜂窝陶瓷素坯；
（6） 干燥定型：将步骤（5）得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波炉中进行加热干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2%，从微波炉中取出，坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品；
（7） 坯体后加工：将步骤（6）定型后的蜂窝陶瓷半成品按照烧成收缩的比例放尺后，将两端多余部分切割掉；
（8） 产品烧成：将步骤（7）中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧成，烧成周期为25～120小时，烧成温度为1360℃～1450℃，保温时间为4～8小时，得到所需的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷。
实施例3
一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1） 粉体原料配制：称取35～45wt%的扁平状晶型高岭土粉、35～45wt%板状晶型滑石粉、10～30wt%氧化铝粉，同时称取上述原料总重量3～8wt%的粘结剂作为成型助剂，将上述原料、粘结剂加入粉体混合机中进行充分搅拌，直到混合均匀，得到粉体原料；
（2） 液态调和剂配制：称取步骤（1）中得到的粉体原料总重量20～35wt%水、0.1～1.5wt%分散剂、0.5～2.5wt%润滑剂，将上述分散剂和润滑剂缓慢加入水中进行搅拌，直至分散剂和润滑剂溶解到水中，得到液态调和剂；
（3） 泥料制备：将步骤（1）混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，同时喷入步骤（2）得到的液态调和剂，粉体原料逐渐变成泥块，当泥块的可塑性稳定后即完成泥料制备；
（4） 泥坯制备：将步骤（3）得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥，绞龙和筒壁之间的间隙为2～8mm，出泥口直径比绞龙外筒直径小80～300mm，炼泥过程中真空度≤-0.09MPa，得到与成型机料筒规格配套的泥坯；如果泥坯有分层现象，可采用多次重复炼泥方式使泥坯满足要求；
（5） 挤出成型：将步骤（4）得到的泥坯放入真空挤出机中，挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差为70mm，通过模具挤制出所需尺寸的蜂窝陶瓷素坯；
（6） 干燥定型：将步骤（5）得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波炉中进行加热干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2%，从微波炉中取出，坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品；
（7） 坯体后加工：将步骤（6）定型后的蜂窝陶瓷半成品按照烧成收缩的比例放尺后，将两端多余部分切割掉；
（8） 产品烧成：将步骤（7）中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧成，烧成周期为25～120小时，烧成温度为1360℃～1450℃，保温时间为4～8小时，得到所需的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷。
性能检测：将实施例1、实施例2、实施例3烧成后的产品进行热膨胀系数与抗热冲击性检测，将上述实施例1、实施例2、实施例3得到产品进行热膨胀系数、抗热冲击性检测，检测结果如下表1所示：
Claims (2)
1.一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）粉体原料配制：称取35～45wt%的扁平状晶型高岭土粉、35～45wt%板状晶型滑石粉、10～30wt%氧化铝粉，同时称取上述原料总重量3～8wt%的粘结剂作为成型助剂，将上述原料、粘结剂加入粉体混合机中进行充分搅拌，直到混合均匀，得到粉体原料；
（2）液态调和剂配制：称取步骤（1）中得到的粉体原料总重量20～35wt%水、0.1～1.5wt%分散剂、0.5～2.5wt%润滑剂，将上述分散剂和润滑剂缓慢加入水中进行搅拌，直至分散剂和润滑剂溶解到水中，得到液态调和剂；
（3）泥料制备：将步骤（1）混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，同时喷入步骤（2）得到的液态调和剂，粉体原料逐渐变成泥块，当泥块的可塑性稳定后即完成泥料制备；
（4）泥坯制备：将步骤（3）得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥，绞龙和筒壁之间的间隙为2～8mm，出泥口直径比绞龙外筒直径小80～300mm，炼泥过程中真空度≤-0.09MPa，得到与成型机料筒规格配套的泥坯；
（5）挤出成型：将步骤（4）得到的泥坯放入真空挤出机中，挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差不大于100mm，通过模具挤制出所需尺寸的蜂窝陶瓷素坯；
（6）干燥定型：将步骤（5）得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波炉中进行加热干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2%，从微波炉中取出，坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品；
（7）坯体后加工：将步骤（6）定型后的蜂窝陶瓷半成品按照烧成收缩的比例放尺后，将两端多余部分切割掉；
(8) 产品烧成：将步骤（7）中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧成，烧成周期为25～120小时，烧成温度为1360℃～1450℃，保温时间为4～8小时，得到所需的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种基于成型装置的低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，其特征是：步骤（5）中挤出机料筒尺寸与模具的成型尺寸差不大于80mm。
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