CN108238785A - 一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法 - Google Patents

一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：(1)粉体原料配制；(2)泥料制备；(3)泥坯制备；(4)挤出成型；(5)干燥定型；(6)坯体加工；(7)高温烧成；(8)打磨；(9)植皮。本发明通过加入双峰球形硅微粉提高泥料的流动性，增加泥坯的挤出速度，降低热膨胀系数，抗热震性能800℃三次不裂，适用于国五及以上排放标准。

Description

一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法
技术领域
本发明涉及蜂窝陶瓷载体制造领域，具体为一种机动车用薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法。
背景技术
随着国家机动车环保标准的升级，为满足国V甚至国IV更为苛刻的排放标准，应用于机动车尾气净化的催化剂对催化剂载体提出了更高的要求。
目前生产的堇青石蜂窝陶瓷具有较低的热膨胀性和较高的机械强度，但是其抗热震性不够。中国发明专利CN102424569B的专利文献公开了一种抗热震性薄壁堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法，该法制备得到的催化剂载体的机械强度高、孔隙率适中、膨胀系数低，热震性为750℃三次不裂，满足欧Ⅳ排放标准。如何在保证产品具有较低的热膨胀系数的前提下，进一步提高载体的抗热震性能成了蜂窝陶瓷载体的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法，以提高载体的抗热震性能，以满足更高排放标准的要求。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，粉体原料配制：将平均粒径5μm的6～8wt％片状生高岭土、平均粒径3μm的22～24wt％煅烧高岭土、平均粒径12μm的35～45wt％板状滑石粉、平均粒径0.5μm的15～20wt％α氧化铝粉和第1分布峰在1μm、第2分布峰5μm，平均粒径3μm的10～15wt％球形熔融硅微粉均匀混合，得混合物I，再称取混合物I总重量3～5wt％甲基纤维素均匀混合；
步骤二，泥料制备：将步骤一混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，再加入上述粉体原料总重量0.5～1.0wt％油酸、0.5～0.8wt％月桂酸钾、3.0～5.0wt％合成基础油和28～32wt％水，粉体原料逐渐变成具有可塑性的泥块即完成泥料制备；
步骤三，泥坯制备：将步骤二得到的泥块放入真空练泥机中进行真空练泥，练泥过程中真空度为-0.095MPa，得到与成型机料筒规格匹配的泥坯；
步骤四，挤出成型：将步骤三得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤出直径为170mm、壁厚≤0.127mm的蜂窝陶瓷素坯；
步骤五，干燥定型：将步骤四得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波网带炉中进行微波干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2％，将干燥后的坯体冷却至室温；
步骤六，坯体加工：将步骤五得到的干燥后的坯体按照烧成收缩比例放尺后，将两端多余部分切割掉，并用压缩空气将切割后坯体孔道中残留的粉尘吹扫干净；
步骤七，高温烧成：将步骤六得到的加工好的蜂窝陶瓷素坯放入窑炉中进行烧成，烧成周期为80～110小时，烧成温度为1390～1410℃，保温时间为4～6小时，得到蜂窝陶瓷半成品；
步骤八，打磨：将步骤七得到的蜂窝陶瓷半成品放置在外圆研磨机上，将其研磨成比成品直径小2.0mm的没有外皮的蜂窝陶瓷载体；
步骤九，植皮：将步骤八得到的没有外皮的蜂窝陶瓷载体放置在植皮机上，在研磨后半成品的侧面涂覆上一层厚度为1.0mm的外皮，得到薄壁蜂窝陶瓷成品。
与现有技术相比本发明具有如下有益效果：本发明制备出的薄壁型蜂窝陶瓷载体具有更好的抗热震性能；本发明通过加入双峰球形硅微粉提高泥料的流动性，增加泥坯的挤出速度，降低热膨胀系数，抗热震性能800℃三次不裂，适用于国五及以上排放标准。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
对比例
步骤一，粉体原料配制：将6～8wt％片状生高岭土、22～24wt％煅烧高岭土、35～45wt％板状滑石粉、15～20wt％α氧化铝粉和10～15wt％熔融硅微粉均匀混合，得混合物I，同时称取混合物I总重量3～5wt％甲基纤维素作为粘结剂，将混合物I、粘结剂加入粉体混合机中混合均匀，得到粉体原料；
步骤二，泥料制备：将步骤一混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，再加入粉体原料总重量28wt％水，粉体原料逐渐变成具有可塑性的泥块即完成泥料制备；
步骤三，泥坯制备：将步骤二得到的泥块放入真空练泥机中进行真空练泥，练泥过程中真空度为-0.08MPa，得到与成型机料筒规格匹配的泥坯；
步骤四，挤出成型：将步骤三得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤出直径为170mm、壁厚≤0.127mm的蜂窝陶瓷素坯；
步骤五，干燥定型：将步骤四得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波网带炉中进行微波干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2％，将干燥后的坯体冷却至室温；
步骤六，坯体加工：将步骤五得到的干燥后的坯体按照烧成收缩比例放尺后，将两端多余部分切割掉，并用压缩空气将切割后坯体孔道中残留的粉尘吹扫干净；
步骤七，高温烧成：将步骤六得到的加工好的蜂窝陶瓷素坯放入窑炉中进行烧成，烧成周期为80小时，烧成温度为1400℃，保温时间为4小时，得到蜂窝陶瓷半成品；
步骤八，打磨：将步骤七得到的蜂窝陶瓷半成品放置在外圆研磨机上，将其研磨成比成品直径小2.0mm的没有外皮的蜂窝陶瓷载体；
步骤九，植皮：将步骤八得到的没有外皮的蜂窝陶瓷载体放置在植皮机上，在研磨后半成品的侧面涂覆上一层厚度为1.0mm的外皮，得到薄壁蜂窝陶瓷成品。
实施例1：
步骤一，粉体原料配制：将平均粒径5μm的6wt％片状生高岭土、平均粒径3μm的24wt％煅烧高岭土、平均粒径12μm的35wt％板状滑石粉、平均粒径0.5μm的15wt％α氧化铝粉和第1分布峰在1μm、第2分布峰5μm，平均粒径3μm的10wt％球形熔融硅微粉均匀混合，得混合物I，再称取混合物I总重量5wt％甲基纤维素均匀混合；
步骤二，泥料制备：将步骤一混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，再加入上述粉体原料总重量0.5wt％油酸、0.5wt％月桂酸钾、5.0wt％合成基础油和30wt％水，粉体原料逐渐变成具有可塑性的泥块即完成泥料制备；
步骤三，泥坯制备：将步骤二得到的泥块放入真空练泥机中进行真空练泥，练泥过程中真空度为-0.095MPa，得到与成型机料筒规格匹配的泥坯；
步骤四，挤出成型：将步骤三得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤出直径为170mm、壁厚≤0.127mm的蜂窝陶瓷素坯；
步骤五，干燥定型：将步骤四得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波网带炉中进行微波干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2％，将干燥后的坯体冷却至室温；
步骤六，坯体加工：将步骤五得到的干燥后的坯体按照烧成收缩比例放尺后，将两端多余部分切割掉，并用压缩空气将切割后坯体孔道中残留的粉尘吹扫干净；
步骤七，高温烧成：将步骤六得到的加工好的蜂窝陶瓷素坯放入窑炉中进行烧成，烧成周期为80小时，烧成温度为1410℃，保温时间为4小时，得到蜂窝陶瓷半成品；
步骤八，打磨：将步骤七得到的蜂窝陶瓷半成品放置在外圆研磨机上，将其研磨成比成品直径小2.0mm的没有外皮的蜂窝陶瓷载体；
步骤九，植皮：将步骤八得到的没有外皮的蜂窝陶瓷载体放置在植皮机上，在研磨后半成品的侧面涂覆上一层厚度为1.0mm的外皮，得到薄壁蜂窝陶瓷成品。
实施例2：
步骤一，粉体原料配制：将平均粒径5μm的7wt％片状生高岭土、平均粒径3μm的23wt％煅烧高岭土、平均粒径12μm的40wt％板状滑石粉、平均粒径0.5μm的17wt％α氧化铝粉和第1分布峰在1μm、第2分布峰5μm，平均粒径3μm的12wt％球形熔融硅微粉均匀混合，得混合物I，再称取混合物I总重量4wt％甲基纤维素均匀混合；
步骤二，泥料制备：将步骤一混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，再加入上述粉体原料总重量0.8wt％油酸、0.6wt％月桂酸钾、4.0wt％合成基础油和28wt％水，粉体原料逐渐变成具有可塑性的泥块即完成泥料制备；
步骤三，泥坯制备：将步骤二得到的泥块放入真空练泥机中进行真空练泥，练泥过程中真空度为-0.095MPa，得到与成型机料筒规格匹配的泥坯；
步骤四，挤出成型：将步骤三得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤出直径为170mm、壁厚≤0.127mm的蜂窝陶瓷素坯；
步骤五，干燥定型：将步骤四得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波网带炉中进行微波干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2％，将干燥后的坯体冷却至室温；
步骤六，坯体加工：将步骤五得到的干燥后的坯体按照烧成收缩比例放尺后，将两端多余部分切割掉，并用压缩空气将切割后坯体孔道中残留的粉尘吹扫干净；
步骤七，高温烧成：将步骤六得到的加工好的蜂窝陶瓷素坯放入窑炉中进行烧成，烧成周期为100小时，烧成温度为1400℃，保温时间为5小时，得到蜂窝陶瓷半成品；
步骤八，打磨：将步骤七得到的蜂窝陶瓷半成品放置在外圆研磨机上，将其研磨成比成品直径小2.0mm的没有外皮的蜂窝陶瓷载体；
步骤九，植皮：将步骤八得到的没有外皮的蜂窝陶瓷载体放置在植皮机上，在研磨后半成品的侧面涂覆上一层厚度为1.0mm的外皮，得到薄壁蜂窝陶瓷成品。
实施例3：
步骤一，粉体原料配制：将平均粒径5μm的8wt％片状生高岭土、平均粒径3μm的22wt％煅烧高岭土、平均粒径12μm的45wt％板状滑石粉、平均粒径0.5μm的20wt％α氧化铝粉和第1分布峰在1μm、第2分布峰5μm，平均粒径3μm的15wt％球形熔融硅微粉均匀混合，得混合物I，再称取混合物I总重量3wt％甲基纤维素均匀混合；
步骤二，泥料制备：将步骤一混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，再加入上述粉体原料总重量1.0wt％油酸、0.8wt％月桂酸钾、3.0wt％合成基础油和32wt％水，粉体原料逐渐变成具有可塑性的泥块即完成泥料制备；
步骤三，泥坯制备：将步骤二得到的泥块放入真空练泥机中进行真空练泥，练泥过程中真空度为-0.095MPa，得到与成型机料筒规格匹配的泥坯；
步骤四，挤出成型：将步骤三得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤出直径为170mm、壁厚≤0.127mm的蜂窝陶瓷素坯；
步骤五，干燥定型：将步骤四得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波网带炉中进行微波干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2％，将干燥后的坯体冷却至室温；
步骤六，坯体加工：将步骤五得到的干燥后的坯体按照烧成收缩比例放尺后，将两端多余部分切割掉，并用压缩空气将切割后坯体孔道中残留的粉尘吹扫干净；
步骤七，高温烧成：将步骤六得到的加工好的蜂窝陶瓷素坯放入窑炉中进行烧成，烧成周期为110小时，烧成温度为1390℃，保温时间为6小时，得到蜂窝陶瓷半成品；
步骤八，打磨：将步骤七得到的蜂窝陶瓷半成品放置在外圆研磨机上，将其研磨成比成品直径小2.0mm的没有外皮的蜂窝陶瓷载体；
步骤九，植皮：将步骤八得到的没有外皮的蜂窝陶瓷载体放置在植皮机上，在研磨后半成品的侧面涂覆上一层厚度为1.0mm的外皮，得到薄壁蜂窝陶瓷成品。
将对比例和实施例1-3所得到的成品蜂窝载体即进行挤出试验和测试热膨胀系数，实验结果如表1所示。
表1利用本发明方法制得的蜂窝陶瓷的挤出速度和热膨胀系数结果
经过试验论证，通过加入双峰球形熔融硅微粉，提高泥料的流动性，增加泥坯的挤出速度，降低热膨胀系数，抗热震性能800℃三次不裂。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种薄壁蜂窝陶瓷载体的制备方法，其特征在于，按照重量比计，包括以下步骤：
步骤一，粉体原料配制：将平均粒径5μm的6～8wt％片状生高岭土、平均粒径3μm的22～24wt％煅烧高岭土、平均粒径12μm的35～45wt％板状滑石粉、平均粒径0.5μm的15～20wt％α氧化铝粉和第1分布峰在1μm、第2分布峰5μm，平均粒径3μm的10～15wt％球形熔融硅微粉均匀混合，得混合物I，再称取混合物I总重量3～5wt％甲基纤维素均匀混合；
步骤二，泥料制备：将步骤一混合均匀的粉体原料放入捏合机中进行揉搓，再加入上述粉体原料总重量0.5～1.0wt％油酸、0.5～0.8wt％月桂酸钾、3.0～5.0wt％合成基础油和28～32wt％水，粉体原料逐渐变成具有可塑性的泥块即完成泥料制备；
步骤三，泥坯制备：将步骤二得到的泥块放入真空练泥机中进行真空练泥，练泥过程中真空度为-0.095MPa，得到与成型机料筒规格匹配的泥坯；
步骤四，挤出成型：将步骤三得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤出直径为170mm、壁厚≤0.127mm的蜂窝陶瓷素坯；
步骤五，干燥定型：将步骤四得到的蜂窝陶瓷素坯放入微波网带炉中进行微波干燥，直到干燥完成坯体中的含水率≤2％，将干燥后的坯体冷却至室温；
步骤六，坯体加工：将步骤五得到的干燥后的坯体按照烧成收缩比例放尺后，将两端多余部分切割掉，并用压缩空气将切割后坯体孔道中残留的粉尘吹扫干净；
步骤七，高温烧成：将步骤六得到的加工好的蜂窝陶瓷素坯放入窑炉中进行烧成，烧成周期为80～110小时，烧成温度为1390～1410℃，保温时间为4～6小时，得到蜂窝陶瓷半成品；
步骤八，打磨：将步骤七得到的蜂窝陶瓷半成品放置在外圆研磨机上，将其研磨成比成品直径小2.0mm的没有外皮的蜂窝陶瓷载体；
步骤九，植皮：将步骤八得到的没有外皮的蜂窝陶瓷载体放置在植皮机上，在研磨后半成品的侧面涂覆上一层厚度为1.0mm的外皮，得到薄壁蜂窝陶瓷成品。
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