CN106380203B - 一种壁流式陶瓷过滤器及其制备方法 - Google Patents

一种壁流式陶瓷过滤器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壁流式陶瓷过滤器，包括主体料，封孔料和拼接料，所述主体料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10份造孔剂和20～30份水，所述封孔料按重量份数包括10～60份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水，拼接料按重量份数包括20～85份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水。本发明还公开了此种壁流式陶瓷过滤器的制备方法。本发明采用的主要材料为碳化硅，取代之前采用堇青石的设计，碳化硅相对于堇青石更耐高温，并且大大提高了耐磨性，采用本发明制备得到的汽油机微粒过滤器气孔率达到60～65％，孔径达到20～30μm，大大提高了载体的气孔率，扩大了孔径，使得载体的排气流畅度提高，防止堵塞。

Description

一种壁流式陶瓷过滤器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷过滤器，特别是一种壁流式陶瓷过滤器及其制备方法。
背景技术
随着人们对环境保护的重视，越来越严格的汽油车排放法规将会被制定和实施。2015年5月6日机动车排放控制技术与监管国际研讨会在武汉召开，在国六实施日期方面，2020年争取在全国范围内实施(采用中国工况体系)，参照欧5、欧6标准为安装有直接点燃式发动机的强制点火车辆引入微粒质量排放标准。汽油机尾气颗粒较小、浓度较低、温度较高，应用于汽油机颗粒过滤器(GPF) 载体需要承受800℃以上的热冲击性能，低的初始背压，合适的积碳量。
之前的陶瓷过滤器一般采用耐高温、低膨胀系数、高气孔率、大孔径的堇青石材料作为GPF材料，如ZL201310433042XCN一种陶瓷催化剂载体的制备方法，其公开了一种陶瓷催化剂载体的制备方法，包括以下步骤：将60～70重量份的堇青石粉，10～25重量份的高岭土，5～15重量份的滑石粉以及5～10重量份的二氧化硅混合搅拌均匀；在上一步骤得到的粉末中加进30～40重量份的水；再在上一步骤得到的混合物中加入8～10重量份的粘结剂；将上一步骤得到的混合物在模具中挤压成型；将得到的半成品在1200～1500℃温度下，保温32～40小时获得成品。但是采用此种材料存在的缺陷也很明显，由于堇青石为矿物，内含杂质较多，会影响到产品的使用状态，导致寿命较短，耐磨性较低。
现有的陶瓷过滤器为了克服此种缺陷，采用碳化硅替代堇青石作为原料，以提高载体的使用寿命。如ZL2012101638538CN一种柴油发动机排气碳化硅颗粒捕集器滤芯的制造方法，其公开了采用黑碳化硅、硅粉、烧结助剂、脱蜡助剂、水、成型助剂、润滑剂和造孔剂制备的滤芯，烧结温度低、使用温度高、孔隙率高、强度高，使用寿命长。但是此种设计存在的缺陷为，若单单采用碳化硅作为主体进行产品制造，最终得到的产品其耐磨性虽然得到提升，但是若采用普通的陶瓷过滤器，碳化硅的过滤和粘附性能并不强，需要和适当的结构配合才能达到相应效果，并且采用适当的结构需要适当的其他材料组合才能得到符合要求的新产品。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有的壁流式过滤器组分采用堇青石为原料的话，杂质含量高，耐磨性底，寿命短，采用碳化硅为原料的话，需结构配合，并采用相应的材料现有技术并未提及的问题。
技术方案：本发明提供以下技术方案：一种壁流式陶瓷过滤器，包括主体料，封孔料和拼接料，所述主体料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10份造孔剂和20～30份水，所述封孔料按重量份数包括10～60份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水，拼接料按重量份数包括20～85份碳化硅、5～10 份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水。
封孔料和拼接料的主料采用碳化硅，使得其能够拥有一定的硬度，并且耐磨性较高，但是由于封孔料和拼接料会直接与尾气接触，长此以往，多多少少会产生被腐蚀的后果，故在成分内添加硅溶胶作为抗腐蚀添加剂。
此处的抗腐蚀更具体的可以理解为抗硫化腐蚀，采用添加剂硅溶胶后就并不一定在使用一般过滤器限定的三个月内更换过滤器，至多可以延长至六个月。
作为优化，所述主体料按重量份数包括70份碳化硅、5份造孔剂和25份水。
作为优化，所述造孔剂为果壳粉。
采用果壳粉也是为了造孔剂能够在烧制过程中被燃尽部分，实验证明，采用开心果的果壳粉后，烧制后余留下的残渣不会超过陶瓷过滤器总体质量的5％。
作为优化，还包括植皮料，植皮料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10 份硅溶胶和20～30份水。
作为优化，所述封孔料按重量份数包括35份碳化硅、7份甲基纤维素、40 份硅溶胶和25份水。
作为优化，所述拼接料按重量份数包括60份碳化硅、7份甲基纤维素、40 份硅溶胶和25份水。
作为优化，所述植皮料按重量份数包括70份碳化硅、5份硅溶胶和25份水。
一种壁流式陶瓷过滤器的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方，分别对主体料、植皮料、封孔料和拼接料进行配料；
2)将步骤1)配料后主体料、植皮料、封孔料和拼接料分别混合搅拌均匀，得到浆料；
3)将步骤2)得到的浆料分别进行炼泥，得到泥料；
4)将步骤3)得到的泥料分别放置于对应的模具内成型挤出；
5)将步骤4)得到产品原型分别进行烘干定型；
6)将步骤5)得到的主体料和拼接料的产品原型进行组装拼接，得到产品坯料；
7)对步骤6)得到的组装拼接后的产品坯料进行切割，得到产品毛坯；
8)对步骤7)得到的产品毛坯加入封孔料产品原型进行封孔，同时在产品毛坯外围用植皮料产品原型进行植皮；
9)将步骤8)得到的产品进行烧制；
10)检验包装并入库。
切割的步骤是为了能够符合不同客户的需求，而采用拼接的技术是为了满足现在模块化制造的生产需求，各个材料的制备步骤可以同时进行，封孔操作需单独进行是因为封孔料与主体料以及拼接料需不一样，这样才能起到既能堵孔，有方便拆除的效果。
作为优化，所述步骤4)泥料分别成型挤出的速度不大于0.3m/s。
挤出速度过快，易导致泥料断裂。
作为优化，所述步骤9)将步骤8)得到的产品在窑内1700℃温度下烧制3～5h 得到成品。
由于碳化硅的耐高温性能，故可以再1700℃下进行烧制，并且烧制进度变快，只需3～5h即可完成。
有益效果：本发明相对于现有技术：本发明在现有技术堇青石的基础上修改原料配方，将堇青石替换为碳化硅，使得堇青石其杂质较多的问题可以规避，同时，由于现有技术仅采用碳化硅作为整体的过滤器，其过滤效果不佳，在研发出新的交叉封孔的结构的基础上，提出采用主体料、封孔料、植皮料和拼接料加以区分，并且由于各个材料成分均存在差别，可以进行模块化的生产，生产效率加快，同时，组装完成后封孔料单独进行封孔，其材质与主题差别较大，具有易拆卸的优点。并且，在拼接料和封孔料中加入硅溶胶，使得产品的抗硫化性能提高，耐腐蚀性更高，使用寿命增加。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种壁流式陶瓷过滤器，包括主体料，封孔料和拼接料，所述主体料按重量份数包括95份碳化硅、10份造孔剂和30份水，所述封孔料按重量份数包括60 份碳化硅、10份甲基纤维素、50份硅溶胶和30份水，拼接料按重量份数包括 85份碳化硅、10份甲基纤维素、50份硅溶胶和30份水。
封孔料和拼接料的主料采用碳化硅，使得其能够拥有一定的硬度，并且耐磨性较高，但是由于封孔料和拼接料会直接与尾气接触，长此以往，多多少少会产生被腐蚀的后果，故在成分内添加硅溶胶作为抗腐蚀添加剂。
此处的抗腐蚀更具体的可以理解为抗硫化腐蚀，采用添加剂硅溶胶后就并不一定在使用一般过滤器限定的三个月内更换过滤器，至多可以延长至六个月。
所述造孔剂为果壳粉。
采用果壳粉也是为了造孔剂能够在烧制过程中被燃尽部分，实验证明，采用开心果的果壳粉后，烧制后余留下的残渣不会超过陶瓷过滤器总体质量的5％。
还包括植皮料，植皮料按重量份数包括95份碳化硅、10份硅溶胶和30份水。
实施例2
一种壁流式陶瓷过滤器，包括主体料，封孔料和拼接料，所述主体料按重量份数包括50份碳化硅、1份造孔剂和20份水，所述封孔料按重量份数包括10 份碳化硅、5份甲基纤维素、30份硅溶胶和20份水，拼接料按重量份数包括20 份碳化硅、5份甲基纤维素、30份硅溶胶和20份水。
封孔料和拼接料的主料采用碳化硅，使得其能够拥有一定的硬度，并且耐磨性较高，但是由于封孔料和拼接料会直接与尾气接触，长此以往，多多少少会产生被腐蚀的后果，故在成分内添加硅溶胶作为抗腐蚀添加剂。
此处的抗腐蚀更具体的可以理解为抗硫化腐蚀，采用添加剂硅溶胶后就并不一定在使用一般过滤器限定的三个月内更换过滤器，至多可以延长至六个月。
所述造孔剂为果壳粉。
采用果壳粉也是为了造孔剂能够在烧制过程中被燃尽部分，实验证明，采用开心果的果壳粉后，烧制后余留下的残渣不会超过陶瓷过滤器总体质量的5％。
还包括植皮料，植皮料按重量份数包括50份碳化硅、1份硅溶胶和20份水。
实施例3
一种壁流式陶瓷过滤器，包括主体料，封孔料和拼接料，所述主体料按重量份数包括70份碳化硅、5份造孔剂和25份水，所述封孔料按重量份数包括35 份碳化硅、7份甲基纤维素、40份硅溶胶和25份水，拼接料按重量份数包括60 份碳化硅、7份甲基纤维素、40份硅溶胶和25份水。
封孔料和拼接料的主料采用碳化硅，使得其能够拥有一定的硬度，并且耐磨性较高，但是由于封孔料和拼接料会直接与尾气接触，长此以往，多多少少会产生被腐蚀的后果，故在成分内添加硅溶胶作为抗腐蚀添加剂。
此处的抗腐蚀更具体的可以理解为抗硫化腐蚀，采用添加剂硅溶胶后就并不一定在使用一般过滤器限定的三个月内更换过滤器，至多可以延长至六个月。
所述造孔剂为果壳粉。
采用果壳粉也是为了造孔剂能够在烧制过程中被燃尽部分，实验证明，采用开心果的果壳粉后，烧制后余留下的残渣不会超过陶瓷过滤器总体质量的5％。
还包括植皮料，植皮料按重量份数包括70份碳化硅、5份硅溶胶和25份水。
实施例4
一种壁流式陶瓷过滤器的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配方，分别对主体料、植皮料、封孔料和拼接料进行配料；即按照主体料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10份造孔剂和20～30份水；封孔料按重量份数包括10～60份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30 份水；拼接料按重量份数包括20～85份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水；植皮料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10份硅溶胶和 20～30份水进行配料。
2)将步骤1)配料后主体料、植皮料、封孔料和拼接料分别混合搅拌均匀，得到浆料；
3)将步骤2)得到的浆料分别进行炼泥，得到泥料；
4)将步骤3)得到的泥料分别放置于对应的模具内成型挤出；
5)将步骤4)得到产品原型分别进行烘干定型；
6)将步骤5)得到的主体料和拼接料的产品原型进行组装拼接，得到产品坯料；
7)对步骤6)得到的组装拼接后的产品坯料进行切割，得到产品毛坯；
8)对步骤7)得到的产品毛坯加入封孔料产品原型进行封孔，同时在产品毛坯外围用植皮料产品原型进行植皮；
9)将步骤8)得到的产品进行烧制；
10)检验包装并入库。
切割的步骤是为了能够符合不同客户的需求，而采用拼接的技术是为了满足现在模块化制造的生产需求，各个材料的制备步骤可以同时进行，封孔操作需单独进行是因为封孔料与主体料以及拼接料需不一样，这样才能起到既能堵孔，有方便拆除的效果。
所述步骤4)泥料分别成型挤出的速度不大于0.3m/s。
挤出速度过快，易导致泥料断裂。
所述步骤9)将步骤8)得到的产品在窑内1700℃温度下烧制3～5h得到成品。
由于碳化硅的耐高温性能，故可以再1700℃下进行烧制，并且烧制进度变快，只需3～5h即可完成。

Claims (9)

1.一种壁流式陶瓷过滤器，包括主体料，封孔料和拼接料，所述主体料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10份造孔剂和20～30份水，其特征在于：所述封孔料按重量份数包括10～60份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水，拼接料按重量份数包括20～85份碳化硅、5～10份甲基纤维素、30～50份硅溶胶和20～30份水；还包括植皮料，植皮料按重量份数包括50～95份碳化硅、1～10份硅溶胶和20～30份水。
2.根据权利要求1所述的壁流式陶瓷过滤器，其特征在于：所述主体料按重量份数包括70份碳化硅、5份造孔剂和25份水。
3.根据权利要求1所述的壁流式陶瓷过滤器，其特征在于：所述造孔剂为果壳粉。
4.根据权利要求1所述的壁流式陶瓷过滤器，其特征在于：所述封孔料按重量份数包括35份碳化硅、7份甲基纤维素、40份硅溶胶和25份水。
5.根据权利要求1所述的壁流式陶瓷过滤器，其特征在于：所述拼接料按重量份数包括60份碳化硅、7份甲基纤维素、40份硅溶胶和25份水。
6.根据权利要求1所述的壁流式陶瓷过滤器，其特征在于：所述植皮料按重量份数包括70份碳化硅、5份硅溶胶和25份水。
7.一种如权利要求1所述的壁流式陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照配方，分别对主体料、植皮料、封孔料和拼接料进行配料；
2)将步骤1)配料后主体料、植皮料、封孔料和拼接料分别混合搅拌均匀，得到浆料；
3)将步骤2)得到的浆料分别进行炼泥，得到泥料；
4)将步骤3)得到的泥料分别放置于对应的模具内成型挤出；
5)将步骤4)得到产品原型分别进行烘干定型；
6)将步骤5)得到的主体料和拼接料的产品原型进行组装拼接，得到产品坯料；
7)对步骤6)得到的组装拼接后的产品坯料进行切割，得到产品毛坯；
8)对步骤7)得到的产品毛坯加入封孔料产品原型进行封孔，同时在产品毛坯外围用植皮料产品原型进行植皮；
9)将步骤8)得到的产品进行烧制；
10)检验包装并入库。
8.根据权利要求7所述的壁流式陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于：所述步骤4)泥料分别成型挤出的速度不大于0.3m/s。
9.根据权利要求7所述的壁流式陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于：所述步骤9)将步骤8)得到的产品在窑内1700℃温度下烧制3～5h得到成品。
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