CN106396654A - 一种堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷加工技术领域,具体涉及一种堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法,尤其利用镁质矿物和粘土为基料,合成与烧结堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。本发明制备的堇青石蜂窝陶瓷具有优异的吸附和交换功能,以及良好的热稳定性;同时,本发明公开的制备方法工艺简单,降低了烧成温度,节省了约20~25%的能耗。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷加工技术领域,具体涉及一种堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法,尤其利用镁质矿物和粘土为基料,合成与烧结堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前国内外用于汽车尾气排放过滤的多孔陶瓷,多为董青石蜂窝陶瓷。通常是先合成董青石或直接选用工业纯董青石,加入适量的粘合机、增塑剂、润滑剂,经和蜡、热压浇注、脱蜡、烧结而成,且董青石蜂窝陶瓷的烧结温度都在1350℃。此种方法工艺复杂,高能耗烧成,制造成本较高。本发明提供一种以天然矿物为基料,加入适量增塑剂,通过高温固相反应,一次性完成合成与烧结堇青石蜂窝陶瓷。
发明内容
本发明针对传统的堇青石蜂窝陶瓷制造工艺复杂、成本高,烧成温度高等问题,提供一种以天然镁质矿物和粘土为基料,添加少量增塑剂,通过高温固相反应,同时进行合成与烧结,一次性完成堇青石蜂窝陶瓷制造。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种堇青石蜂窝陶瓷,所述陶瓷由基料和添加剂组成,所述基料为绿泥石、粘土和石英,所述添加剂为羧甲基纤维素或腐植酸钠。采用羧甲基纤维素或腐植酸钠作为添加剂,有利于提高泥浆的强度,使成型时不易发生分裂,有利于成型。
进一步的,所述绿泥石的分子式为:MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O,所述粘土的分子式为:Al2O3•2SiO2•2H2O,所述石英的分子式为:SiO2。
优选的,所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石35~55%,粘土40~60%,石英5~10%。
更进一步的,所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO10~20%,Al2O330~40%、SiO250~60%。
为实现上述目的,本发明的另一个技术方案如下:一种堇青石蜂窝陶瓷的制备方法,所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:将硬质基料进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质;此处除去的铁杂质为三氧化二铁,有利于提高陶瓷的白度;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂的重量比为99~99.9%:0.1~1%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,形成混合泥浆;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1280~1300℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为8~10h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
进一步的的,所述步骤S3中的球为球磨子,研磨转速为20~25转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为20~24h。
更进一步的,所述的步骤S4过筛前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理。在过筛前进行检测步骤,以防泥浆过稀,不利于成型步骤。
本发明的有益效果为:
(1)本发明以天然镁质矿物和粘土为基料,以羧甲基纤维素或腐植酸钠作为添加剂,优化了陶瓷配方,合成与烧结温度仅为1280~1300℃,生成了主晶相为堇青石2MgO•2Al2O3•5SiO2,使得堇青石蜂窝陶瓷制备工艺简单,降低了烧成温度,节省了约20~25%的能耗;同时,在配方中加入增塑剂为羧甲基纤维素或腐植酸钠,有利于提高泥浆的强度,使成型时不易发生分裂,有利于成型,提高了陶瓷制品的合格品率和优质品率。
(2)本发明公开的堇青石蜂窝陶瓷配方及制备方法中,不仅具有原料来源广泛、工艺简单、烧成温度低、成本廉价的特点,还具有节省能耗,制备的蜂窝陶瓷具有优异的吸附和交换功能,以及良好的热稳定性,其膨胀系数为2~3╳10-6/℃,可用于制造过滤各种废气的各式蜂窝陶瓷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂羧甲基纤维素组成,所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2;所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石40%,粘土50%,石英10%;所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO10%,Al2O340%、SiO250%。
所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质三氧化二铁;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂羧甲基纤维素的重量比为99%:1%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,研磨转速为20转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为20h,形成混合泥浆,所述的球为球磨子;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;过筛步骤前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1280℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为10h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例2
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂羧甲基纤维素组成,所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2;所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石45%,粘土50%,石英5%;所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO 14%,Al2O3 31.5%、SiO2 54.5%。
所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质三氧化二铁;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂羧甲基纤维素的重量比为99.5%:0.5%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,研磨转速为23转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为22h,形成混合泥浆,所述的球为球磨子;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;过筛步骤前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1290℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为9h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例3
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂羧甲基纤维素组成,所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2;所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石55%,粘土40%,石英5%;所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO20%,Al2O330%、SiO250%。
所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质三氧化二铁;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂羧甲基纤维素的重量比为99.9%:0.1%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,研磨转速为25转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为24h,形成混合泥浆,所述的球为球磨子;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;过筛步骤前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1300℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为8h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例4
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂腐植酸钠组成,所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2;所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石40%,粘土55%,石英5%;所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO10%,Al2O330%、SiO260%。
所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质三氧化二铁;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂腐植酸钠的重量比为99.3%:0.7%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,研磨转速为24转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为21h,形成混合泥浆,所述的球为球磨子;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;过筛步骤前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1285℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为10h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例5
一种堇青石蜂窝陶瓷由基料和添加剂腐植酸钠组成,所述基料为绿泥石MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O、粘土Al2O3•2SiO2•2H2O和石英SiO2;所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石35%,粘土60%,石英5%;所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO13.5%,Al2O332.5%、SiO254.5%。
所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:按配方量将硬质基料绿泥石、粘土和石英进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质三氧化二铁;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂腐植酸钠的重量比为99.7%:0.3%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,研磨转速为22转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为23h,形成混合泥浆,所述的球为球磨子;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;过筛步骤前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1295℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为8.5h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
实施例1~5制备的堇青石蜂窝陶瓷性能测试,结果如下表所示:
本发明制备的堇青石蜂窝陶瓷具有优异的吸附和交换功能,以及良好的热稳定性;同时,本发明公开的制备方法工艺简单,降低了烧成温度,节省了约20~25%的能耗。
应当指出的是,具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子,显然本发明的技术方案不限于上述实施例,还可以有很多变形。本领域的普通技术人员,以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的,均应认为是本专利所要保护的范围。
Claims (7)
1.一种堇青石蜂窝陶瓷,其特征在于,所述陶瓷由基料和添加剂组成,所述基料为绿泥石、粘土和石英,所述添加剂为羧甲基纤维素或腐植酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种堇青石蜂窝陶瓷,其特征在于,所述绿泥石的分子式为:MgO•Al2O3•3SiO2•4H2O,所述粘土的分子式为:Al2O3•2SiO2•2H2O,所述石英的分子式为:SiO2。
3.根据权利要求1所述的一种堇青石蜂窝陶瓷,其特征在于,所述基料中绿泥石、粘土和石英的重量百分比为:绿泥石35~55%,粘土40~60%,石英5~10%。
4.根据权利要求1所述的一种堇青石蜂窝陶瓷,其特征在于,所述基料中主要氧化物为:MgO、Al2O3、SiO2,主要氧化物的重量百分比为:MgO10~20%,Al2O330~40%、SiO250~60%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种堇青石蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,所述制备方法具体步骤如下:
S1、原料精选:将硬质基料进行破碎,然后将破碎后的基料通入除铁机器,除去铁杂质;
S2、配料:将经步骤S1的基料,按照基料与添加剂的重量比为99~99.9%:0.1~1%进行配料,形成陶瓷原料;
S3、研磨:将步骤S2配料后的原料,按照原料:球:水的质量比为1:1.5:0.8,进行研磨,形成混合泥浆;
S4、过筛:将步骤S3研磨后的混合泥浆过250目筛,备用;
S5、成型和修坏:将步骤S4过筛后的混合泥浆加入模具中,挤出成型陶瓷,修整成型陶瓷表面,剔除成型陶瓷表面的堵孔泥料;
S6、合成与烧成:将经过步骤S5修坏后的成型陶瓷放入1280~1300℃的氧化气氛中烧结,烧成时间为8~10h,得到堇青石蜂窝陶瓷。
6.根据权利要求5所述的一种堇青石蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中的球为球磨子,研磨转速为20~25转/分,研磨温度为40~50℃,研磨时间为20~24h。
7.根据权利要求5所述的一种堇青石蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,所述的步骤S4过筛前进行检测,具体检测步骤为:取经过步骤S3研磨后的混合泥浆,进行烘干处理,形成混合粉末,将混合粉末过250目筛,计算筛中未过筛的混合粉末与总过筛的混合粉末比例;当该比例小于或等于0.5%,则步骤S3研磨的混合泥浆可进行步骤S4过筛处理;当该比例大于0.5%,则继续进行步骤S3的研磨处理。
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