CN105016719B - 一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。所述堇青石蜂窝陶瓷由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氧化铝粉0～35，氢氧化铝粉42～0，石英粉和/或石英玻璃粉20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。本发明制备得到的堇青石蜂窝陶瓷热胀系数低，热胀系数在0.65～0.85×10‑6/℃(25～800℃)之间，成本较低，能用做国四、国五尾气排放标准之催化净化器的载体，是生产堇青石蜂窝陶瓷载体的一种选择。

Description

一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
背景技术
堇青石蜂窝陶瓷是一种由印度石，而不是堇青石构成的单相陶瓷。印度石与堇青石为同质二象关系，早期发明人将蜂窝陶瓷中的印度石误判为堇青石，并以此冠名之；待后人证明其中晶相是印度石而不是堇青石时，“堇青石蜂窝陶瓷”的名称已被广泛接受，后人只好沿用之。
堇青石蜂窝陶瓷是以柴油、汽油和天然气等为燃料的机动车尾气催化净化装置中的核心部件，它既是催化剂的载体又是机动车尾气的排放通道。汽车发动机出口的气体温度在800℃±，汽车发动机在使用中的频繁启动和熄火，使陶瓷载体长期反复承受从室温的热震冲击；如果抗热震性(△T)差，蜂窝陶瓷载体很快就会碎裂，以致催化净化器失效。陶瓷的△T越高，其热胀系数越低，故业内通常用热胀系数区别和表征蜂窝陶瓷的△T。热胀系数低的载体可紧靠汽车发动机出口，热胀系数高的载体只能远离汽车发动机出口。然而，荷载催化剂的载体距离发动机出口越近，尾气的净化效率越高。
在我国有所谓“熟料”和“生料”堇青石蜂窝陶瓷之分。前者是直接用印度石粉再烧结而成，后者使用矿物原料和工业原料经过高温反应烧结而成。目前，国内外制造生料堇青石蜂窝陶瓷所用无机原料是滑石、高岭石、偏高岭石和氧化铝粉，或者滑石、高岭石、偏高岭石、氧化铝和石英粉等。国内外制造堇青石蜂窝陶瓷的基本步骤是一样的：①按配方称料、形成配合料，并充分混匀之；②在混匀的配合粉料中加入适量的水，并将之混炼成粘性很好的筒状泥料；③使筒状泥料通过蜂窝陶瓷模具成型为蜂窝陶瓷坯体；④将坯体烘干后，烧结成堇青石蜂窝陶瓷。由于所用的原料种类、原料特征、原料配比、配合料加工工艺和陶瓷烧结制度等的不同，不同人制造的堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数各不相同。然而，堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数越低，其适用范围越广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氧化铝粉0～35，氢氧化铝粉42～0，石英粉和/或石英玻璃粉20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述方案中，所述滑石粉的D50为15-25μm，滑石颗粒为片状，形态指数(MI)≥0.90，滑石组分中CaO含量≤0.15wt％，Na2O+K2O≤0.10wt％。
上述方案中，所述氧化铝粉的D50≤2μm；氧化铝组分中Na2O含量≤0.25wt％。
上述方案中，所述氢氧化铝粉的D50≤5μm；氢氧化铝组分中Na2O含量≤0.2wt％。
上述方案中，所述石英粉的D50≤1μm；石英组分中Na2O含量≤0.10wt％，K2O≤0.20wt％。
上述方案中，所述石英玻璃粉的D50≤5μm；石英玻璃组分中Na2O含量≤0.10wt％，K2O≤0.20wt％。
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水并在真空条件下充分混炼成均匀的泥料；
(2)将混炼好的泥料投入陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，并将湿胚微波烘干；
(3)烘干后的蜂窝陶瓷坯体置于窑内烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
上述方案中，所述真空条件的真空度为4×10-2Pa～6×10-2Pa。
上述方案中，所述烧结的烧结制度为：温度1400～1430℃，保温8～12小时。
上述方案中所述陶瓷真空挤出机为立式陶瓷真空挤出机或卧式陶瓷真空挤出机。
本发明的有益效果如下：本发明在原料种类、原料特征、配方中原料的比例和烧结温度与时间上进行了特定的限定，制备得到的堇青石蜂窝陶瓷热胀系数低，热胀系数在0.65～0.85×10-6/℃(25～800℃)之间，成本较低，能用做国四尾气排放标准之催化净化器的载体，是生产堇青石蜂窝陶瓷载体的一种选择。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述滑石粉的D50为15-25μm，滑石颗粒为片状，形态指数(MI)≥0.90，滑石组分中CaO含量≤0.15wt％，Na2O+K2O≤0.10wt％；所述氧化铝粉的D50≤2μm；氧化铝组分中Na2O含量≤0.25wt％；所述氢氧化铝粉的D50≤5μm；氢氧化铝组分中Na2O含量≤0.2wt％；所述石英粉的D50≤1μm；石英组分中Na2O含量≤0.10wt％，K2O≤0.20wt％；所述石英玻璃粉的D50≤5μm；石英玻璃组分中Na2O含量≤0.10wt％，K2O≤0.20wt％。
实施例1
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉：41～45，氧化铝粉：34～35，氢氧化铝粉：20～24，石英粉：20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的35-38％)并在真空条件下(真空度为6×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入立式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温8小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量95％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量3％±，玻璃相体积含量2％±。制备得到的堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数为(0.83±0.04)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例2
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氢氧化铝粉38～42，石英粉20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的35％)并在真空条件下(真空度为6×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入卧式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温8小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量96％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.65±0.04)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例3
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氧化铝粉10～15，氢氧化铝粉15～20，石英粉：20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的30％～35％)并在真空条件下(真空度为5×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入卧式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温8小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量96％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.74±0.05)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例4
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氧化铝粉34～35，石英粉或石英玻璃20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的35％)并在真空条件下(真空度为5×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入立式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温11～12小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量95％±，杂晶相(假蓝宝石+尖晶石或莫来石)体积含量3％±，玻璃相体积含量2％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.78±0.05)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例5
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氢氧化铝粉38～42，石英玻璃粉20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量36％)并在真空条件下(真空度为6×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入立式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温10小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量96％±，杂晶相(假蓝宝石+尖晶石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.63±0.05)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例6
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氧化铝粉15～20，氢氧化铝粉20～24，石英玻璃粉20～24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的34％)并在真空条件下(真空度为6×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入卧式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温10小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量96％±，杂晶相(假蓝宝石+尖晶石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.71±0.05)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例7
一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41～45，氢氧化铝粉38～42，石英粉10～12，石英玻璃粉10～12，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的30％)并在真空条件下(真空度为6×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入卧式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温12小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量96％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.64±0.05)×10-6/℃(25～800℃)。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41~45，氧化铝粉0~35，氢氧化铝粉42~0，石英粉和/或石英玻璃粉20~24，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7%，所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2%；所述滑石粉的D50为15-25μm，滑石颗粒为片状，形态指数≥0.90，滑石组分中CaO含量≤0.15wt%，Na2O+K2O≤0.10wt%；所述氧化铝粉的D50≤2μm；氧化铝组分中Na2O含量≤0.25wt%；所述氢氧化铝粉的D50≤5μm；氢氧化铝组分中Na2O含量≤0.2wt%；所述石英粉的D50≤1μm；石英组分中Na2O含量≤0.10wt%，K2O≤0.20wt%；所述石英玻璃粉的D50≤5μm；石英玻璃组分中Na2O含量≤0.10wt%，K2O≤0.20wt%；
所述低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷通过如下方法制备得到：（1）按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水并在真空条件下充分混炼成均匀的泥料；（2）将混炼好的泥料投入陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，并将湿胚微波烘干；（3）烘干后的蜂窝陶瓷坯体置于窑内烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
2.根据权利要求1所述的低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述真空条件的真空度为4×10-2Pa~ 6×10-2Pa。
3.根据权利要求1所述的低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述烧结的烧结制度为：温度1400~1430℃，保温8~12小时。
4.根据权利要求1所述的低热胀系数堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述陶瓷真空挤出机为立式陶瓷真空挤出机或卧式陶瓷真空挤出机。
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