CN113365791B

CN113365791B - 挤出模头制备方法

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Publication number: CN113365791B
Application number: CN202080011827.6A
Authority: CN
Inventors: S·L·切特兰尼; R·J·格罗斯梅耶; C·J·玛拉凯; J·C·瑞科特
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: JP2022524284A; WO2020159685A1; EP3917742A1; US20220088823A1; CN113365791A

Abstract

通过蜂窝挤出模头(10)挤出形成陶瓷的混合物的方法，从形成陶瓷的混合物形成生坯蜂窝挤出物的方法，对形成陶瓷的混合物进行挤出的蜂窝挤出模头(10)的制备方法，以及包含蜂窝挤出模头(10)、形成陶瓷的混合物和磨料流动介质的系统。通过蜂窝挤出模头(10)挤出形成陶瓷的混合物的方法包括通过在使得形成陶瓷的混合物挤出通过模头(10)的狭槽(20)之前，将磨料流动介质挤出通过模头(10)的狭槽(20)来对蜂窝挤出模头进行调节。磨料流动介质包括分散在可流动载剂中的磨料无机颗粒。形成陶瓷的混合物包括一种或多种类型的形成陶瓷的无机颗粒。可流动载剂中的磨料无机颗粒的粒度分布对应于形成陶瓷的混合物中的至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的粒度分布。

Description

挤出模头制备方法

本申请根据35U.S.C.§119，要求2019年1月30日提交的美国临时申请第62/798,534号的优先权，其全文通过引用结合入本文。

技术领域

本说明书总体上涉及形成生坯蜂窝挤出物。更具体来说，方法属于挤出通过孔道或蜂窝挤出模头从形成陶瓷的混合物形成生坯蜂窝挤出物，以及磨料流动介质和孔道或蜂窝挤出模头的制备工艺。

背景技术

可以通过将形成陶瓷的混合物挤出通过模头(例如蜂窝或孔道挤出模头)来制造生坯蜂窝挤出物。然后可以对生坯蜂窝挤出物进行干燥和烧制以形成耐用的蜂窝体，其适用于各种用途，包括用作用于控制内燃机废气排放的催化剂载体和多孔过滤器。存在对于成本有效的挤出模头磨合方法和用于其的材料的需求。

发明内容

根据一些实施方式，提供了将形成陶瓷的混合物挤出通过蜂窝挤出模头的方法，所述蜂窝挤出模头包括限定了多个狭槽的多个销钉。方法包括：通过在将形成陶瓷的混合物挤出通过模头的狭槽之前，使得磨料流动介质挤出通过模头的狭槽，来对蜂窝挤出模头进行调节；其中，磨料流动介质包含分散在可流动载剂中的磨料无机颗粒；其中，形成陶瓷的混合物包含一种或多种类型的形成陶瓷的无机颗粒；以及其中，可流动载剂中的磨料无机颗粒的粒度分布对应于形成陶瓷的混合物中的至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的粒度分布。

在一些实施方式中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒和所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒具有同样的组成。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒至少是形成陶瓷的混合物中的最硬的形成陶瓷的颗粒那么硬。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒至少是形成陶瓷的混合物中的形成陶瓷的颗粒的最为研磨性(most abrasive)那样的研磨性。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒的粒度分布对应于第一类型的形成陶瓷的颗粒的第一粒度分布与第二类型的形成陶瓷的颗粒的第二粒度分布的组合。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒和所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒具有同样的硬度值。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒的粒度分布在如下颗粒直径具有峰值体积百分比，所述颗粒直径对应于所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒的粒度分布的峰值在如下颗粒直径具有体积％的局部最大值，所述颗粒直径与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的粒度相差在20％的范围内。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒的粒度分布具有：在第一颗粒直径处的第一峰值体积百分比，所述第一颗粒直径对应于所述至少一种类型的磨料无机颗粒的最常出现的颗粒直径；以及在第二颗粒直径处的第二峰值体积百分比，所述第二颗粒直径对应于所述至少一种类型的磨料无机颗粒的第二常出现的颗粒直径。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒的粒度分布的第一峰值在如下颗粒直径处具有第一局部最大值，所述颗粒直径与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径相差在20％的范围内；以及磨料无机颗粒的粒度分布的第二峰值在如下粒度具有第二局部最大值，所述粒度与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径相差在20％的范围内。

在一些实施方式中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒包括不止一种类型的磨料无机颗粒；其中，所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒包括不止一种类型的形成陶瓷的无机颗粒；以及其中，所述不止一种类型的磨料无机颗粒具有与所述不止一种类型的形成陶瓷的无机颗粒同样的一种或多种磨损特性。

在一些实施方式中，所述至少一种类型的形成陶瓷的无机颗粒包括具有第一粒度分布的第一磨料颗粒，所述第一粒度分布包含第一颗粒直径处的第一峰值体积百分比，其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒包括包含第二粒度分布的第二磨料颗粒，所述第二粒度分布包括第二磨料颗粒的第二粒度处的第二颗粒的第二峰值体积百分比，其中，所述第二颗粒直径是比所述第一颗粒直径大了约20％或者小了约20％的范围内。

在一些实施方式中，所述第一磨料颗粒包括以下一种或多种：形成陶瓷的混合物中最硬的组分、第二硬的组分和第三硬的组分。

在一些实施方式中，所述第二磨料颗粒至少如所述第一磨料颗粒那么硬。

在一些实施方式中，所述第二磨料颗粒至少如蜂窝挤出模头的外表面那么硬。

在一些实施方式中，所述第二颗粒直径与所述第一颗粒直径相差在约10％之内。

在一些实施方式中，所述第二颗粒直径与所述第一颗粒直径相差在约5％之内。

在一些实施方式中，在所述第二粒度分布的所述第二峰值处的所述第二磨料颗粒的体积百分比与所述第一粒度分布的所述第一峰值处的所述第一磨料颗粒的体积百分比相差在约20％之内。

在一些实施方式中，在所述第二粒度分布的所述第二峰值处的所述第二磨料颗粒的体积百分比与所述第一粒度分布的所述第一峰值处的所述第一磨料颗粒的体积百分比相差在约10％之内。

在一些实施方式中，在所述第二粒度分布的所述第二峰值处的所述第二磨料颗粒的体积百分比与所述第一粒度分布的所述第一峰值处的所述第一磨料颗粒的体积百分比相差在约5％之内。

在一些实施方式中，所述第一粒度分布是包含所述第一峰值和对应于第三粒度的第三峰值的多模分布。

在一些实施方式中，所述第二粒度分布是包含所述第二峰值和第四粒度处的第四峰值的多模分布，其中，所述第四粒度与所述第三粒度相差在20％之内。

在一些实施方式中，所述第二粒度分布的峰少于所述第一粒度分布。

在一些实施方式中，所述第一峰的所述第一粒度分布是对应于所述多模分布中的任意峰的最大粒度。

在一些实施方式中，所述第一峰的体积百分比是所述多模分布的任意峰的最大体积百分比。

根据一些实施方式中，提供了蜂窝挤出模头的制备方法，所述蜂窝挤出模头将形成陶瓷的混合物挤出成为生坯陶瓷挤出物。方法包括：对形成陶瓷的混合物中的对挤出过程中的蜂窝挤出模头具有磨料作用的形成陶瓷的颗粒中的一种或多种组分进行鉴定；作为可流动载剂中的磨料砂砾颗粒的组合来设计磨料流动介质，使得磨料砂砾颗粒具有第一粒度分布，所述第一粒度分布在对应于形成陶瓷的混合物中的形成陶瓷的颗粒的第二粒度分布的颗粒直径处具有至少一个峰值体积百分比；以及使得蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质从而对蜂窝挤出模头的表面进行调节。

在一些实施方式中，设计磨料流动介质包括：确定蜂窝挤出模头的最小孔径；获得磨料砂砾颗粒包括：鉴定为具有磨料作用的形成陶瓷的混合物中的所述一种或多种组分，或者至少如形成陶瓷的混合物中的所述一种或多种组分那样研磨性的不存在于形成陶瓷的混合物中的组分；以及最大粒度小于或等于蜂窝挤出模头的最小开口的80％；以及混合磨料砂砾颗粒和载剂以形成磨料流动介质，所述磨料流动介质的固体体积负载小于或等于形成陶瓷的混合物的固体体积负载。

在一些实施方式中，方法还包括对磨料流动介质的流变学流动特性进行调整从而与形成陶瓷的混合物相匹配。

在一些实施方式中，方法还包括：对挤出过形成陶瓷的混合物的相当的蜂窝挤出模头的磨合(broken-in)表面进行分析以建立起目标表面式样；以及对磨料砂砾颗粒的材料、磨料砂砾颗粒的粒度分布和磨料流动介质的流变学流动特性中的至少一种进行调整从而使得目标表面式样与由于磨料流动介质所导致的蜂窝挤出模头中的磨损式样之间的差异最小化。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒包括与形成陶瓷的混合物的所述一种或多种组分相同的组成。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒的硬度大于或等于形成陶瓷的混合物的所述一种或多种组分的最高硬度或者第二高的硬度。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布基本等于形成陶瓷的混合物的最硬组分或者第二硬的组分的整体体积加权粒度分布。

在一些实施方式中，磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物基本相同。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

在一些实施方式中，蜂窝挤出模头的未经调节的表面是未经涂覆的表面，以及使得磨料流动介质暴露于未经涂覆的表面持续时间有效地使得：未经涂覆的表面的几何形貌发生变化，未经涂覆的表面的毛刺被清除，或其组合。

在一些实施方式中，方法还包括：在所述持续时间之后对未经涂覆的表面进行涂覆以形成经涂覆表面，以及后续将磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间有效地使得：经涂覆表面变光滑，在经涂覆表面中产生流动凹槽，或其组合。

在一些实施方式中，蜂窝挤出模头的未经调节的表面是经涂覆表面，以及使得磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间有效地使得：经涂覆表面变光滑，在经涂覆表面中产生流动凹槽，或其组合。

在一些实施方式中，蜂窝挤出模头的经涂覆表面包括碳氮化钛或者硼掺杂的碳氮化钛的涂层。

在一些实施方式中，在相对于制造挤出线离线的设备中进行将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒包括氧化铝、石英或其组合。

在一些实施方式中，可流动载剂包括基于硅酮的或者基于聚有机硅氧烷的聚合物。

根据一些实施方式，体系包含：磨料流动介质，包含至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的形成陶瓷的混合物，以及具有一个或多个暴露表面的蜂窝挤出模头，其中，磨料流动介质包含分布在可流动载剂中的至少一种类型的磨料无机颗粒，以及其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒的粒度分布对应于形成陶瓷的混合物中的所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的粒度分布。

在一些实施方式中，磨料无机颗粒的整体体积加权粒度分布与形成陶瓷的混合物的具有可测得的磨料作用的一种或多种组分的整体体积加权粒度分布是基本相同的。

在一些实施方式中，磨料流动介质包括的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒的硬度大于或等于形成陶瓷的混合物的最高硬度组分或者第二高硬度组分；磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布与形成陶瓷的混合物的最高硬度组分和第二高硬度组分的整体体积加权粒度分布是基本相同的；磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物基本相同；以及磨料流动介质包括的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

在一些实施方式中，磨料砂砾颗粒所呈现的整体双模粒度分布包括：有效地进行抛光(polishing)的第一平均颗粒直径的颗粒，以及有效地进行研磨(grinding)的第二平均颗粒直径的颗粒。

在一些实施方式中，模头的暴露表面包括碳氮化钛或者硼掺杂的碳氮化钛的涂层。

在以下的详细描述中给出了附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所描述的实施方式而被认识。

要理解的是，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

图1示意性显示示例性蜂窝挤出模头；

图2A显示具有未经调节的表面的蜂窝挤出模头的示例性销钉的侧视图的扫描电子显微镜(SEM)图像；以及图2B显示图2A的一部分的放大图；

图3A显示具有经调节的表面的蜂窝挤出模头的示例性销钉的侧视图的扫描电子显微镜(SEM)图像；以及图3B显示图3A的一部分的放大图；以及

图4是粒度分布(PSD，体积％)与颗粒直径(微米)的关系图。

具体实施方式

根据本文公开实施方式的磨料流动介质(AFM)包括磨料砂砾颗粒与可流动载剂的组合。AFM用于在从模头形成生坯蜂窝挤出物的制备中对蜂窝或孔道挤出模头的表面进行调节。挤出物经过进一步加工(例如，干燥和烧制)从而制造陶瓷蜂窝体。此类陶瓷蜂窝体可以用于各种应用，例如对内燃机的废气排放进行控制的催化剂载体和多孔过滤器。

如本文所指的形成陶瓷的混合物可以包括可以被(例如通过挤出、干燥、烧制等)用于形成陶瓷蜂窝体的有机和无机组分的任何混合物。具体来说，形成陶瓷的混合物具有一种或多种类型的磨料颗粒(例如，形成陶瓷的无机颗粒)，其具有对应的流变学和磨料特性。根据本文公开实施方式的AFM被设计成在蜂窝挤出模头的表面上赋予所需的磨损式样(例如，表面粗糙度、凹槽状流动路径等)，例如，其模仿、复制或模拟了(这些术语可互换使用)形成陶瓷的混合物的一种或多种类型的磨料颗粒的流动和/或磨料特性。在一些一个实施方式中，形成陶瓷的混合物的磨料颗粒包括形成陶瓷的无机颗粒(例如，陶瓷颗粒或者当经受适当的制造步骤(例如烧制)时形成陶瓷的颗粒)。总的来说，AFM设计成具有与形成陶瓷的混合物的一种或多种类型的磨料颗粒(例如，形成陶瓷的无机颗粒)相似的磨料式样和/或流动行为，在通过AFM对模头的表面进行调节之后，旨在使得所述形成陶瓷的混合物挤出通过蜂窝挤出模头以形成生坯陶瓷挤出物。

根据一些实施方式，相比于形成陶瓷的混合物磨合模头的时间量，AFM的磨料颗粒布置成使得降低了模头磨合(break-in)所需的时间量。也就是说，AFM不仅仅布置成模拟形成陶瓷的混合物的流动特性和/或构成(如本文更详细讨论)，而且在一些实施方式中，相比于形成陶瓷的混合物还可以具有增强的磨料特性(例如，更大的硬度)，从而可以在比采用具体的形成陶瓷的混合物会需要的更短时间内实现模头的磨合。

例如，对以下特性进行选择，例如：磨料流动介质中的颗粒硬度、粒度分布(PSD)和磨料砂砾颗粒的最大粒度以及流动流变性，从而赋予了所需的表面精整以及穿过模头中的孔径的流动路径几何形貌(例如，在模头的相邻销钉之间形成的狭槽)。通过将磨料流动介质设计成具有经过加工的可流动载剂(例如，聚合物载剂)中的磨料砂砾颗粒的组合(其模拟了形成陶瓷的混合物的一种或多种性质)，可以降低磨合时间和/或可以在模头经受形成陶瓷的混合物之前更有效地进行磨合。

根据本文方法的蜂窝挤出模头的制备可以在模头制造过程中完成，例如相对于制造挤出线离线的情况下，这避免了生产过程中的高昂成本的停工。根据本文公开实施方式的AFM设计成实现基本相同的经调节的表面和/或模拟形成陶瓷的混合物的一种或多种磨料特性。例如，AFM可以被用于使得表面粗糙度变光滑以及在销钉面上以相似的角度和取向产生相似的凹槽状流动路径。此外，根据本文公开的一些实施方式，相比于在线磨合模头通常所需的形成陶瓷的混合物的直线尺(linear fee)的数量(例如，取决于所使用的具体形成陶瓷的混合物，最高至数千或者数万的直线尺)，AFM可以以较少数量的通过模头的直线尺来实现其功能。在一个或多个实施方式中，以磨料砂砾的最大粒度和粒度分布以及流变学流动特性而言，AFM的特性对应于形成陶瓷的混合物的那些。在一些实施方式中，AFM比形成陶瓷的混合物更为研磨性(例如，具有更大的硬度)。

如本明书和所附权利要求书中所用，除非上下文中有明显的表示，否则单数形式的“一个”，“一种”和“该”包括具有多个指示物的实施方式。如本明书和所附权利要求书中所用，除非上下文中有明显的表示，否则术语“或”通常采用其包括“和/或”的意义。

如本文所用，“具有”、“有”、“包括”、“包括了”、“包含”或者“包含了”等，用于它们的开放表现形式，并且通常表示“包括，但不限于”。

如本文所用，蜂窝体是交叉壁的具有形状的陶瓷蜂窝结构，所述交叉壁形成孔道限定(例如以轴向或纵向)穿过蜂窝结构的通道。陶瓷蜂窝体和孔道可以是任意形状或尺寸(例如，包含多个正方形形状的孔道的大致圆形形状的蜂窝体)。蜂窝体、蜂窝结构和/或蜂窝孔道的其他形状包括三角形、多边形、椭圆形、楔形等。从形成陶瓷的混合物形成陶瓷蜂窝结构，所述形成陶瓷的混合物可以包括或者可以被用于形成堇青石、钛酸铝或者其他陶瓷材料或陶瓷材料的组合。

如本文所用，涉及“磨料作用(abrasive effect)”表示通过给定组分、材料、成分或其组合所赋予的挤出模头的表面的表面改性量。如本文所述，可以通过实验方式确定组分、材料或者成分的磨料作用，例如通过测量表面暴露于磨料组分、材料和/或成分所导致的磨损速率。由于磨损性在很大程度上与磨料颗粒的硬度相关，所以可以将一种或多种类型的颗粒的硬度作为用于估算各种颗粒的相对磨损性的模拟物或替代品，通常将更硬的材料视作比没有那么硬的材料更具有磨料性。可以通过任何科学上认可的硬度标度来确定硬度，例如莫氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、布氏硬度等。总的来说，在本文中，当颗粒能够在挤出模头的表面中产生非弹性错位时，将颗粒视为具有磨料作用的磨料颗粒。因此，要理解的是，任何给定颗粒的磨料作用是相对于颗粒尝试进行磨蚀的表面材料而言。根据本文的一些实施方式，可以将由至少如同二氧化硅那么硬的材料制造的任何颗粒视为磨料颗粒。在一些实施方式中，任何磨料颗粒都可以被视为具有莫氏硬度表上至少约6-7的硬度和/或维氏硬度表上至少约750-1000的硬度的任何颗粒。在一些实施方式中，形成陶瓷的混合物、磨料流动介质或者它们两者的磨料颗粒包括无机磨料颗粒。在一些实施方式中，形成陶瓷的无机颗粒

例如，磨料流动介质的磨料作用大于形成陶瓷的混合物表示相比于形成陶瓷的混合物，磨料流动介质具有更高的磨损速率(例如，在较短的时间内实现所需的尺寸变化和/或表面式样(例如，表面粗糙度)和/或相比于形成陶瓷的混合物采用较少的材料直线尺)。通过磨料颗粒所能够实现的尺寸变化和/或表面式样可以包括：表面光滑化、边缘圆化、去毛刺和产生流动凹槽。可以通过本领域技术人员已知的表面精整分析仪来对这些结果进行测量。例如，可以采用购自诸如ZYGO公司之类的供应商的轮廓仪系统，通过白光干涉测量非接触式技术，来测量表面粗糙度(其是表面光滑情况的指标)。例如，可以采用MAHR公司的测距仪，通过触笔技术来测量表面粗糙度。在一个或多个实施方式中，涉及明显或可检测的磨料作用指的是对于给定固体负荷，组分对于表面具有可察觉或者优选可测得的作用(例如，光滑化)。

如本文所用，涉及“目标表面式样”指的是如下特性，包括但不限于：在生产条件下已经展现出可接受的流动的模头的磨合表面的表面粗糙度和/或流动凹槽。可能在蜂窝挤出模头的磨合表面的任意部分上存在目标表面式样；蜂窝挤出模头的不同部分可能展现出不同的目标表面式样。

“经过调节的”表面是模头中已经暴露于(例如，磨料流动介质或形成陶瓷的混合物中的)磨料颗粒的那些表面。模头的未经调节的表面存在于模头的制造过程中(例如，紧接表面经过碾磨(mill)或涂覆之后)。当磨料流动介质已经将表面磨损至实现了表面上的稳态流动压力和/或实现了相对于目标表面式样具有可接受的差异的磨损式样时，可以认为完全完成了磨料流动介质对于模头表面的调节。

根据本文公开的实施方式，磨料流动介质的磨料颗粒的粒度分布(PSD)具有一个或多个峰，其与形成陶瓷的混合物的一种或多种磨料颗粒的PSD的峰(或多个峰)的差异在±30％内或者更优选小于±20％。例如，如果形成陶瓷的混合物中的一种类型的形成陶瓷的颗粒(例如，氧化铝、二氧化硅等)的PSD中的峰位于1μm粒度处，则根据本文实施方式的磨料流动介质中的磨料颗粒的PSD设定为具有对应的峰，例如：0.8μm至1.2μm粒度范围中的峰，其与形成陶瓷的颗粒的1μm粒度处的峰相差在±20％之内。磨料流动介质的磨料颗粒的粒度分布还可以具有如下d90或d99，其相对于形成陶瓷的混合物的颗粒的PSD的d90或d99的差异分别是在±30％内或者甚至更优选在±20％内。可以相对于对应于峰的粒度、该峰处的体积百分比数值或者这两者的组合来确定相对于PSD的峰的差异。如本文所述，可以通过对形成陶瓷的混合物以及AFM的磨料颗粒的PSD数据中的局部最大值进行评估，通过数学方式进行峰的对比。如本文关于PSD或者最大d99粒度所用的“基本相同”指的是上文所述的±20％差异，或者甚至更优选小于10％的差异，或者甚至小于5％的差异。

如本文关于流变学流动特性所用的“基本相同”，可以通过如下实验方式对形成陶瓷的混合物进行确定：检查使得磨料流动介质运行通过模头或模头体(dielet)，即通过对比源自磨料流动介质的表面式样与目标表面式样，所述目标表面式样对应于目标形成陶瓷的混合物运行通过相当的模头或模头体的情况。

蜂窝挤出模头的特征在于通过各种部件形成的复杂的内部几何形貌。如图1示意性所示，示例性蜂窝挤出模头10包括模头主体12，其具有：在位于相对于通过模头的挤出方向D的模头的下游端的包含销钉14的排料面22；以及位于相对于挤出方向D的模头的上游端的入口面16。进料孔18的阵列从入口面16延伸进入到模头主体12中，与交叉排料狭槽20的阵列相连，所述交叉排料狭槽20朝向模头的排料面22延伸并在其上是开放的。引入到进料孔中的(未示出的)形成陶瓷的混合物可以被传输通过狭槽并作为生坯蜂窝挤出物的形式挤出，然后对其进行干燥和烧制以形成各种用途的蜂窝体。形成陶瓷的混合物含有不同形态的颗粒，包括：硬度、断裂式样、平均粒度以及粒度分布等。形成陶瓷的混合物的至少一些组分是研磨性的(例如，硬度与模头的表面硬度相当)，这使得模头表面发生磨损。因此，模头部件(例如，销钉、进料孔和排料狭槽)的表面会经过涂覆以增加耐磨损性。例如，许多形成陶瓷的混合物包括形成陶瓷的组分，例如二氧化硅和/或氧化铝，它们中任一种都会对甚至是非常硬的耐磨损涂层(例如，如本文所述的经过掺杂或未经掺杂的碳化物和氮化物)具有磨料作用。

发明人发现，在制造挤出线的启动期间，蜂窝挤出模头展现出的挤出线的压力会大于预期或者可接受的运行压力。此外，模头会具有相比于其他区域无法实现目标体积流速(例如，太多或太少流动)的区域。在生产线上，可能需要延长的陶瓷批料磨合时间，直到压力下降到可接受的水平以及挤出速度或流速稳定。新模头的磨合减少了生产可用的时间和能力，并且浪费了陶瓷批料，否则的话可以用来生产可用的部件。在一些情况下，发明人发现在生产线上甚至可能需要数小时来进行磨合，并且对于时间和材料而言会是昂贵的。在磨合期间，(例如，未经涂覆的或者通过制造过程中施涂到模头的任何涂料形成的)模头表面发生磨损和/或被陶瓷批料材料磨蚀。表面粗糙度的下降和表面中的细的流动凹槽会形成对应于陶瓷批料的优选流动路径的表面式样。在磨合过程之后，挤出模头准备好了以与将来生产运行一致的方式运行(例如，如上文所述，压力、速度、流速和/或其他挤出参数稳定化)。

本公开内容提供了高效并且在一些情况下更低成本的方式将模头准备好用于其第一次生产运行和后续生产运行。

在实施方式中，蜂窝挤出模头包括模头主体。模头主体可以是本领域已知用于制造工具模头(例如蜂窝挤出模头)的任何材料。模头主体材料可以包括例如金属、合金或者复合材料等。在实施方式中，模头主体材料是工具钢材或者不锈钢，例如但不限于422和450不锈钢。可以向模头主体材料施涂额外涂层，例如含有金属或合金(例如：镍、镍基合金、钼、钼合金、钛、钛合金、钨或者钨合金等)。

在实施方式中，蜂窝挤出模头主体的一个或多个表面可以包括耐磨损涂层，例如增加了模头的耐用性和使用寿命。耐磨损涂层可以包括以下至少一种：无机碳化物、无机氮化物或其组合。此类组合包括但不限于：单相材料(例如，碳氮化物)以及碳化物与氮化物的多相组合。此类碳化物和氮化物的非限制性例子包括：碳化钛(TiC)、碳化钨(W₃C、WC、W₂C)、碳化钼(Mo_xC_y)、氮化钛(TiN)以及碳氮化钛(TiC_xN_1-x，式中，0.35<x<0.65)。此类材料可以具有化学计量比或者非化学计量比(例如，亚化学计量比)组成。耐磨损涂层还可以包含至少一种掺杂剂。此类掺杂剂包括但不限于：硼、一氧化碳、铝和硫等。通过引入硼作为掺杂剂，TiC_xN_1-x涂层的表面粗糙度的降低因子可以为2，以及在一些实施方式中，为10。

可以通过任何已知工艺(例如，化学气相沉积(CVD)工艺)向模头基材施涂涂层。进行CVD工艺的条件确定了耐磨损涂层的表面形态。例如，碳氮化钛(TiC_xN_1-x)涂层在约800℃至850℃的温度范围生长。这些涂层倾向于以柱形方式生长，这在涂层的自由表面或外表面上产生了刻面状(facted)形态。

在蜂窝挤出模头的制造之后，模头的表面处于未经调节的形式。在蜂窝挤出模头的调节(也被称作磨合或准备)过程中，模头的表面发生磨损和/或磨蚀，这导致例如表面粗糙度的下降和对应于优选流动路径的细的流动凹槽。模头的表面会在磨合过程中经过多次后续调节过程。

图2A显示具有未经调节表面55的蜂窝挤出模头的示例性销钉54的侧视图的扫描电子显微镜(SEM)图像，其包含碳氮化钛耐磨损涂层。销钉54具有形成在其中靠近销钉根部53的一部分的进料孔58。图2B显示图2A的一部分的放大图，其中，销钉的未经调节的表面55显示出粗糙度56和没有流动凹槽。

图3A显示在暴露于21000直线尺的形成陶瓷的混合物之后具有经调节表面65的蜂窝挤出模头的示例性销钉54的侧视图的扫描电子显微镜(SEM)图像。图3B显示图3A的放大图，其中，销钉的经调节的表面65显示出降低的粗糙度66和流动凹槽67的形态，其中，流动凹槽67为基本平行于线“A”的方向。图3A-3B代表了用于特定的形成陶瓷的混合物的示例性目标表面式样。图2A-2B与3A-3B之间的销钉54表面粗糙度变化是由于形成陶瓷的混合物中的磨料颗粒的磨蚀所导致的，经过磨蚀的凹槽在平行于销钉54的长轴和在靠近销钉根部53的进料孔58的弯曲边缘的径向方向都是可见的。

当模头到达挤出制造平台具有未经调节的表面(例如，高的表面粗糙度和/或没有流动凹槽，如图2A-2B所示)时，当模头的表面暴露于形成陶瓷的混合物时，模头会在挤出线上磨合，需要大量的时间和形成陶瓷的混合物来产生如图3A-3B所示的经过调节的表面。

通过产生相对于流变学和/或磨料作用而言模拟了特定的形成陶瓷的混合物的磨料流动介质(AFM)来产生目标表面式样，实现了数个优势。例如，可以在将模头安装在挤出线上之前，采用磨料流动机械加工设备，在相对于挤出线离线的制造过程中包括对于蜂窝挤出模头的调节或磨合。基于与挤出线上的模头磨合相关的成本而言，这进而可以导致成本下降。例如，需要单个操作者采用AFM来操作单片磨料流动机械加工设备，而不需要一队与干掺混物运行和建筑物架空(building overhead)相关的操作者来运行挤出线。在本文公开的实施方式中，可以降低原材料用量和减少废物，因为AFM在多个模头上是可重复使用的，而许多形成陶瓷的批料材料是一次性使用的并且当用于磨合时被浪费掉。可以增加挤出线生产容量因为在将模头安装在挤出线上之前进行了磨合，例如，与此同时将不同的模头用于在生产线上挤出部件。根据目前实践来说，使用形成陶瓷的混合物在挤出线上进行磨合会是缓慢且低效的，这是由于形成陶瓷的混合物较软(例如，在形成陶瓷的混合物中，氧化铝或者类似材料是最硬的材料)。使用具有更大磨料作用或磨损速率的AFM(例如，这样的AFM，其包含的磨料砂砾的硬度如果不是如同模头的表面硬度那么硬的话，也至少如同形成陶瓷的混合物中的最硬颗粒那么硬)，这可以更快地磨合，从而降低模头磨合所需的整体时间。通过从挤出线移除模头磨合，明显更多的生产线时间可以被用于进行部件生产。另一个优势在于，在引入任何形成陶瓷的混合物之前，蜂窝挤出模头的经过调节的表面会被更接近调节至批料特性。

本文公开的磨料流动介质和方法适用于蜂窝挤出模头和形成陶瓷的混合物的组合。形成陶瓷的混合物通常是具有不同硬度和磨损特性的颗粒类型的组合。对于蜂窝挤出模头的表面和形成陶瓷的混合物的组合，根据一些实施方式的磨料流动介质包括形成陶瓷的混合物中对于模头表面的磨损具有明显或者可检测或者可测量的贡献作用的那些组分。例如，在一些实施方式中，AFM包括形成陶瓷的混合物中能够在模头的表面中产生非弹性错位的组分。对模头表面(例如，原材料或者涂层)进行磨损的能力取决于模头表面的材料组成。对模头表面的磨损具有明显的、可检测的或者可测得的贡献作用的组分可以是形成陶瓷的混合物的全部成分或者成分的子集。在一些实施方式中，AFM包括至少如同形成陶瓷的混合物中的磨料颗粒那么硬的磨料颗粒，例如，与上文所述相同的材料或者不同的材料。在一些实施方式中，AFM包括至少如同模头表面的材料那么硬的磨料颗粒，例如，相同的材料或者不同的材料。

形成陶瓷的混合物的不同的硬度可以包括：具有较高硬度(例如，莫氏硬度表上大于或等于6-7的硬度)的组分；以及具有较低硬度(例如，莫氏硬度表上小于或等于3的硬度)的那些。在实施方式中，较硬的涂层是Ti(C,N)涂层，估计其压痕硬度约为2500维氏硬度。

对于磨料作用，除了硬度之外的特性会是相关的。在实施方式中，石墨(例如，用作形成陶瓷的混合物中的成孔剂)是磨料颗粒，因为其对于模头表面的磨损具有明显或者可检测或者可测得的贡献作用，即使大部分的石墨的硬度在莫氏表上小于2。例如，作为硬度的替代，石墨的形态和断裂行为使得石墨颗粒能够有助于模头表面的磨蚀。

出于对本文的磨料流动介质进行设计的目的，在一个或多个实施方式中，形成陶瓷的混合物中具有最高和/或第二高和/或第三高的磨料作用(例如硬度)的组分是感兴趣的。也就是说，在检查了形成陶瓷的混合物的组分以及它们相对于模头表面的磨料效果(例如，硬度和/或实验测得的磨损速率)之后，可以对组分分级成最具磨料性到最不具有磨料性(例如，最硬到最软)，并且可以将评级最高和/或第二高和/或第三高的那些组分可以相对于组成、硬度和/或整体颗粒形态而言被用于对磨料砂砾颗粒的特性进行选择。例如，适用于磨料流动介质的形成陶瓷的混合物的组分或者具有相当的物理性质的材料可以对于模头表面具有最大、第二大、第三大的磨料作用等。以这种方式，可以基于模头表面(例如原材料或涂层)以及形成陶瓷的混合物这两者的组成对磨料流动介质进行调整。

根据实施方式，磨料流动介质包括磨料砂砾颗粒和可流动载剂。磨料流动介质会比形成陶瓷的混合物更具有磨料性(例如，在一些实施方式中，AFM包括如下磨料颗粒，其硬度至少如同形成陶瓷的混合物中的最硬的颗粒和/或第二硬的颗粒)那么硬。如本文所述，可以将磨料砂砾颗粒设计成与形成陶瓷的混合物的特性相对应。可流动载剂可以设计成提供磨料砂砾颗粒的长期储存稳定性，例如实现磨料流动介质的长使用寿命和/或可重复使用性。如本文所述，磨料砂砾颗粒与可流动载剂的组合可以用于帮助使得介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物相匹配。

在实施方式中，磨料砂砾颗粒包括形成陶瓷的混合物中具有最高硬度的组分和/或形成陶瓷的混合物中具有第二高硬度的组分。在实施方式中，磨料砂砾颗粒的硬度大于或等于形成陶瓷的混合物中具有最高硬度和/或第二高硬度的组分。在实施方式中，磨料砂砾颗粒包括硬度大于或等于模头表面硬度的磨料颗粒。在实施方式中，磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布与形成陶瓷的混合物的最高硬度组分和/或第二高硬度组分中至少一种的整体体积加权粒度分布基本相同(例如，PSD中的局部最大值与形成陶瓷的混合物中的磨料颗粒的局部最大值之差小于20％，或者更优选小于10％，或者甚至小于5％)。在实施方式中，AFM的磨料砂砾颗粒包括的最大d₉₉颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸(例如，狭槽宽度)的80％、小于或等于75％、小于或等于70％、小于或等于50％、小于或等于30％。此外，最大d₉₉颗粒直径可以大于或等于模头中的最小孔径尺寸(例如，狭槽宽度)的10％。

磨料砂砾颗粒可以包括形成陶瓷的混合物中存在的那些化合物。示例性磨料砂砾颗粒包括但不限于：无机批料材料，例如：氧化铝、氧化钛和二氧化硅的源。

此类合适的氧化铝源包括：α-氧化铝、过渡氧化铝如γ-氧化铝或ρ-氧化铝、水合氧化铝、三水铝石、刚玉(Al₂O₃)、勃姆铝矿(AlO(OH))、假勃姆石、氢氧化铝(Al(OH)₃)或者羟基氧化铝等，及其混合物。

合适的氧化钛源包括金红石、锐钛矿和无定形氧化钛。

合适的二氧化硅源包括非晶体氧化硅(例如熔合二氧化硅或溶胶-凝胶二氧化硅)、硅酮树脂、低氧化铝基本不含碱的沸石、硅藻土二氧化硅、高岭石和晶体氧化硅(例如石英或白硅石)。此外，二氧化硅形成源可包括加热时形成游离二氧化硅的化合物，例如，硅酸或硅有机金属化合物。二氧化硅源的中值粒度优选小于30微米。

可以提供类似于形成陶瓷的混合物的组分的颗粒形态的其他磨料砂砾颗粒包括但不限于：碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、碳化硼(B₄C)、立方体氮化硼(cBN)和金刚石。

除了硬度之外，作为替代或补充，可以考虑磨料砂砾与形成陶瓷的混合物的组分相对比的其他性质，例如形态。例如，在一些实施方式中，从具有特定形态和/或以特定方式断裂的磨料颗粒形成磨料砂砾。与形成陶瓷的混合物的磨料颗粒的形态和/或断裂方式相比，磨料砂砾的磨料颗粒的断裂可以是相同方式或者不同方式，或者当与其他成分研磨时沿着相同或者不同的劈裂面断裂。在一些实施方式中，通过光学显微镜或者电子显微镜对不同的磨料砂砾颗粒进行观察来表征它们的颗粒形态，并且选择与形成陶瓷的混合物的那些相似的磨料砂砾颗粒。

在实施方式中，磨料砂砾颗粒包括氧化铝、二氧化硅(石英)或其组合。在实施方式中，磨料砂砾颗粒包括双模粒度分布(PSD)，例如具有粗粒度和细粒度。在非限制性实施方式中，PSD包括：大于或等于0.1微米且小于或等于3微米的第一平均颗粒直径，以及大于或等于3微米且小于或等于100微米的第二平均颗粒直径，以及其间的所有值和子范围。

在实施方式中，系统包含：磨料流动介质，形成陶瓷的混合物，以及蜂窝挤出模头，其具有在挤出过程中会暴露于形成陶瓷的混合物的表面，其中，磨料流动介质比形成陶瓷的混合物更具有磨料性。系统实施方式的磨料流动介质是根据任何如本文所公开的磨料流动介质。

在实施方式中，磨料流动介质包括磨料砂砾颗粒和可流动载剂。在实施方式中，包括以下特征中的一个或多个：磨料砂砾颗粒包含形成陶瓷的混合物中最硬或者第二硬的组分；磨料砂砾颗粒的硬度大于或等于形成陶瓷的混合物的最硬或者第二硬的组分；磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布基本等于形成陶瓷的混合物的最硬和第二硬的组分的整体体积加权粒度分布；磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物基本相同；和/或磨料流动介质包含的最大d₉₉颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径的80％，任选地大于或等于模头中的最小孔径的10％，以及其间的所有值和子范围。

在一些实施方式中，至少出于其稳定性对AFM中的可流动载剂进行选择，例如使得AFM具有长的储存寿命和/或使得AFM能够重复用于多个模头的磨合。这不同于形成陶瓷的混合物，其通常具有水性载剂体系且可以被挤出一次。常见的可流动载剂混合物包括：基于硅酮或者基于聚有机硅氧烷的介质。可以添加例如脂族烃润滑剂(例如，非挥发性油类(例如矿物油)和/或金属油脂)来对可流动载剂的流变学性质进行进一步改性。可流动载剂优选是粘弹性材料，在低剪切速率下展现出粘性主导行为而在高剪切速率下转变为弹性主导行为。这使得其流动性为相对于剪切速率(因此相对于通过模头的流速)是敏感的。当与可流动载剂的材料温度敏感性知识相结合，通过控制温度和流速可以实现宽范围的流变学性质。磨料流动介质可以包括：填充了磨料砂砾颗粒的硅氧烷聚合物与脂族烃润滑剂的载体混合物。在一些实施方式中，采用羟基封端的二甲基硅氧烷胶作为可流动载剂的基础材料(例如，通过上文的油类和/或金属油脂进一步改性)。此类羟基封端的二甲基硅氧烷胶材料市售可得自陶氏化学品公司。

根据其他实施方式，磨料流动介质的体积固体负载类似于形成陶瓷的混合物的体积固体负载，使得AFM的流变性与形成陶瓷的混合物的流变性是充分相似的，从而在挤出模头的几何形貌和表面上产生所需的磨损(例如，如相对于图2A-3B所讨论的那样)。在实施方式中，磨料砂砾占据了AFM的大于或等于约25体积％至小于或等于55体积％，以及其间的所有值和子范围，余下的AFM被可流动载剂所占据。在实施方式中，磨料流动介质的体积固体负载小于或等于形成陶瓷的混合物的体积固体负载。在实施方式中，磨料流动介质的体积固体负载大于形成陶瓷的混合物的体积固体负载。

在实施方式中，磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物基本相同。例如，可以使得磨料流动介质流动通过模头或者模头体并且将所得到的表面式样与目标表面式样进行对比来实验观察流变学流动。使得AFM的流变学流动特性与形成陶瓷的混合物的那些特性相匹配，这可以有助于在模头部件的表面上产生流动路径的代表性方向和形态。

可以通过仪器(平行板流变仪、毛细管流变仪、或者使用单轴压缩测试机器的圆盘压缩测试)测量来确定AFM和形成陶瓷的混合物的流变学流动特性。对形成陶瓷的混合物的流变学流动具有贡献作用的属性包括：(1)批料开始发生剪切并且从粘弹性材料过渡到粘塑性材料的屈服强度；和(2)毛细管流变仪测试中进入压力与壁拉曳之比。可以将AFM配制成与批料的这两个属性相匹配或者基本匹配。

AFM设计成在模头的经过调节的表面上实现磨损式样。在通过AFM产生的磨损式样与现有模头的经磨合表面上观察到的目标表面式样之间具有最小化的差异。如图3A-3B所示的方向性和形态是通过特定的形成陶瓷的批料材料所产生的目标表面式样的相关参数。

确定候选AFM是否实现以及何时实现了与目标表面式样具有最小化差异的磨损式样的一种方式是实验。在非限制性实施方式中，制造的第一代表性模头体具有未经调节的表面(即，表面要在挤出过程中暴露于形成陶瓷的混合物)。可以通过一种或多种耐磨损性涂层(例如，Ti(C,N)或B-Ti(C,N)涂层)或者未经涂覆的表面形成未经调节的表面。然后，在离线设备(例如磨料流动机械加工设备)中，将未经调节的表面以不同的流速和温度暴露于候选AFM，以形成经过调节或磨损的模头体。在各种时间间隔处，将经过调节的模头体的销钉与具有目标表面式样(其已经展现出在安装到挤出机上之后立即显示出有利的流动)的良好磨损且经过磨合的模头的销钉进行对比。

发明人预期模头的暴露表面上形成的磨损式样(例如，表面粗糙度、凹槽状流动式样等)的几何形貌对于通过模头的形成陶瓷的混合物和AFM的流速具有有意义的影响。出于这个原因，在一些实施方式中，可流动载剂使用粘弹性材料会是有利的，因为当在不同压力下受迫通过模头时，这些材料展现出不同的性质。通过这种方式，可以对可流动载剂的粘弹性性质进行设定或选择从而在不同压力下获得所需的流速(例如，类似于或者模拟了挤出过程期间的形成陶瓷的混合物的流速)。例如，在一个实施方式中，对可流动载剂的粘弹性性质进行设定或选择，使得实现的流速类似于形成陶瓷的混合物的流速，但是所处的压力明显低于对形成陶瓷的混合物进行挤出所需的压力。当使用粘弹性载剂时，还可以考虑剪切速率对于粘弹性可流动载剂(例如，基于硅酮或者基于聚有机硅氧烷的载剂)是展现出粘性主导行为或是弹性主导行为的影响，因为介质通过模头孔口的流速会影响粘性松弛(流动)与弹性柔度的程度以及介质后续在孔-狭槽过渡期间所展现出的回弹。

本文的代表性方法包括从形成陶瓷的混合物形成生坯蜂窝挤出物的方法以及蜂窝挤出模头的制备方法。

在实施方式中，从形成陶瓷的混合物形成生坯蜂窝挤出物的方法包括：将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于本文公开的任何磨料流动介质，所述磨料流动介质的磨料作用大于形成陶瓷的混合物，从而制备具有经调节的表面的蜂窝挤出模头；以及之后，使得形成陶瓷的混合物在经过调节的表面上流动通过模头从而形成生坯蜂窝挤出物。磨料砂砾颗粒可以包括形成陶瓷的混合物中具有磨料作用(优选明显或者可检测或者可测得的磨料作用)的磨料组分。磨料砂砾颗粒的硬度可以大于或等于形成陶瓷的混合物中具有最高硬度或第二高硬度的组分。磨料流动介质的体积固体负载可以小于或等于形成陶瓷的混合物的体积固体负载。磨料流动介质的体积固体负载可以大于形成陶瓷的混合物的体积固体负载。

实施方式提供了蜂窝挤出模头的未经调节的表面是未经涂覆的表面，以及使得磨料流动介质暴露于未经涂覆的表面持续时间有效地使得：未经涂覆的表面的几何形貌发生变化，未经涂覆的表面的毛刺被清除，或其组合。也就是说，可以在模头制造的中间步骤期间(例如，在添加了任何涂料之前)使用本文的方法。可以通过将金属模头主体的表面暴露于磨料流动介质来制备它们，从而在添加一种或多种涂层之前对边缘进行圆化和进行光滑化处理。

另一个实施方式提供了蜂窝挤出模头的未经调节的表面是经涂覆表面，以及使得磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间有效地使得：经涂覆表面变光滑，在经涂覆表面中产生流动凹槽，或其组合。

可以将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质直到实现稳态介质流动压力，这指示了表面何时变成经过调节的。可以独立地使用或者与流动压力联用的指示表面何时变成经过调节的另一个指标是形成的蜂窝挤出模头的磨损式样相对于目标表面式样具有最小化的差异。

可以在相对于制造挤出线离线的设备中进行将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质。在一些实施方式中，在形成陶瓷的混合物在经过调节的表面上流动通过模头之前，将具有经过调节的表面的蜂窝挤出模头安装在制造挤出线中。

在实施方式中，将形成陶瓷的混合物挤出成生坯蜂窝挤出物的蜂窝挤出模头的制备方法包括：将磨料流动介质设计成比形成陶瓷的混合物更具有磨料性，所述磨料流动介质包含磨料砂砾颗粒和可流动载剂；以及将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质从而制备具有经调节的表面的蜂窝挤出模头。

在实施方式中，磨料流动介质的设计包括：对形成陶瓷的混合物中对于模头表面具有明显或者可检测或者可测得的磨料作用的一种或多种组分进行鉴定；确定形成陶瓷的混合物中具有明显或者可检测或者可测得的磨料作用的所述一种或多种组分的整体粒度分布(PSD)；确定蜂窝挤出模头的最小孔径；获得磨料砂砾颗粒，其包括：形成陶瓷的混合物中具有明显或者可检测或者可测得的磨料作用的所述一种或多种组分和/或磨料作用大于或等于形成陶瓷的混合物中具有明显或者可检测或者可测得的磨料作用的一种或多种颗粒的不存在于形成陶瓷的混合物中的组分；形成陶瓷的混合物中具有明显或者可检测或者可测得的磨料作用的所述一种或多种组分的整体PSD；以及混合磨料砂砾颗粒和载剂以形成混合物，所述混合物包含的体积固体负载小于或等于形成陶瓷的混合物的体积固体负载；以及任选地对混合物的流变学流动特性进行调整以匹配形成陶瓷的混合物的流变学流动特性从而形成磨料流动介质。

在实施方式中，磨料流动介质的设计包括：对形成陶瓷的混合物中的最硬和第二硬的组分以及形成陶瓷的混合物的体积固体负载进行鉴定。确定形成陶瓷的混合物中的最硬和/或第二硬的组分的整体粒度分布(PSD)。还确定了蜂窝挤出模头的最小孔径。获得磨料砂砾颗粒，其包含：形成陶瓷的混合物中的最硬和/或第二硬的组分和/或硬度大于或等于形成陶瓷的混合物中的最硬和/或第二硬的组分的不存在于形成陶瓷的混合物中的组分；形成陶瓷的混合物中的最硬和/或第二硬的组分的整体PSD；以及最大粒度小于或等于蜂窝挤出模头的最小开口的80％。磨料砂砾颗粒与可流动载剂混合以形成混合物，所述混合物包含的体积固体负载小于或等于形成陶瓷的混合物的体积固体负载。任选地，对混合物的流变学流动特性进行调整以匹配形成陶瓷的混合物的流变学流动特性，从而形成磨料流动介质。磨料砂砾颗粒可以包含形成陶瓷的混合物中的最高或者第二高磨料作用的组分。磨料砂砾颗粒的硬度可以大于或等于形成陶瓷的混合物的最高或第二高硬度的组分。磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布可以基本等于形成陶瓷的混合物的最高和/或第二高硬度的组分的整体体积加权粒度分布。磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物基本相同。磨料砂砾颗粒所包含的最大d₉₉颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

在实施方式中，制备方法还包括：对挤出了相同的形成陶瓷的混合物的相当的蜂窝挤出模头的磨合表面进行分析从而建立起目标表面式样；将蜂窝挤出体的未经调节的表面暴露于磨料流动介质以形成经调节的表面，其使得蜂窝挤出模头的磨损式样与目标表面式样之间的差异最小化。

实施方式提供了在制备方法过程中，蜂窝挤出模头的未经调节的表面是未经涂覆的表面，以及使得磨料流动介质暴露于未经涂覆的表面持续时间有效地使得：未经涂覆的表面的几何形貌发生变化，未经涂覆的表面的毛刺被清除，或其组合。在实施方式中，方法还包括：在所述持续时间之后对未经涂覆的表面进行涂覆以形成经涂覆表面，以及后续将磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间有效地使得：经涂覆表面变光滑，在经涂覆表面中产生流动凹槽，或其组合。

另一个实施方式提供了在制备方法过程中，蜂窝挤出模头的未经调节的表面是经涂覆表面，以及使得磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间有效地使得：经涂覆表面变光滑，在经涂覆表面中产生流动凹槽，或其组合。

在实施方式中，蜂窝挤出模头的经涂覆表面包括碳氮化钛或者硼掺杂的碳氮化钛的涂层。

在实施方式中，在相对于制造挤出线离线的设备中进行将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质。

实施例

通过以下的实施例对实施方式做进一步阐述。

实施例1

以下实施例描述了如何实践本发明的实施方式。

在制造600/3基材(600个孔道每平方英寸和3密耳壁厚)的模头(D1)上制造形成陶瓷的混合物“CFM1”。

模头D1的目标狭槽宽度约为0.00391英寸或者99.3μm。

CFM1具有表1的成分，对应的硬度是根据莫氏硬度表。

表1：CFM1

滑石和粘土占据了大部分的材料，但是通常认为是软的，在莫氏硬度表上小于3。石英在莫氏表上限定的硬度为7，以及氧化铝限定的硬度是9，所以怀疑这些成分对于模头表面的磨料作用具有主要贡献作用。氧化铝粉末和二氧化硅粉末这两者组合约为材料固体含量的26.0体积％，或者当包含液体时，约为总CFM1组合物的13.2体积％。

图4是CFM1中的最硬和第二硬组分(氧化铝和石英)的体积％与颗粒直径(微米)的关系图，以及体积加权总粒度分布(PSD)和仅氧化铝的PSD。通过购自Microtrac有限公司的基于激光散射的粒度分析仪器来测量图4中的单独的PSD，根据分析仪器的通道记录体积百分比。图4的体积加权累计PSD代表了CFM1中的整体粒度分布，要理解的是，其提供了磨合过程中的有意义的磨料作用(例如，滑石、粘土A和粘土B太软从而不具有可感知的磨料作用)。

在图4中，(<5体积％的CFM1的固体含量的)氧化铝B的粒度分布(PSD)的体积％峰值接近0.5μm，其最大值是约50μm。(<15体积％的CFM1的固体含量的)氧化铝A的粒度分布(PSD)的体积％峰值接近8μm，其最大值是约74μm。(<7体积％的CFM1的固体含量的)石英的PSD是双模的，第一体积％峰值接近2μm以及第二峰值接近11μm，具有在约74μm甩尾的最大值。如图4所示，对于这个例子，CFM1的最具磨料性和第二最具磨料性成分的累计PSD(体积加权总计)大致是双模的，如图4的黑色实线所示。

以下用于对磨料流动介质(例如，AFM1)进行设计对CFM1而言调节D1模头。AFM1的整体体积加权粒度分布(PSD)可以模拟CFM1的磨料颗粒的一种或多种特性。根据本文公开的实施方式，AFM1的整体粒度分布(PSD)可以包括一个或多个峰(体积％或重量％)，其对应于各种粒度的CFM1的双模PSD的峰。如本文所指的此类“峰”可以是通过数学方式确定的材料的PSD的体积％数据中的局部最大值。例如，在这个例子中，AFM1的PSD可以基本等于CFM1的磨料颗粒的双模PSD(图4中的黑色实线)，体积％中的峰或局部最大值70对应于约0.6μm的粒度，体积％中的峰或局部最大值72对应于约9μm的粒度，最小粒度约为0.1μm，和/或最大d99粒度不超过74μm。

预期双模分布对于(较大或较粗颗粒的)碾磨以及(较小或较细颗粒的)抛光都是有效的。但是，在一些实施方式中，产生的AFM使得其仅与形成陶瓷的混合物中的最硬磨料颗粒中的一种的PSD相匹配(例如，仅与CFM1的石英相匹配，仅与CFM1的Al₂O₃相匹配，等)，和/或形成陶瓷的混合物中的不导致双模分布(例如，单模分布或者多模分布)的磨料颗粒的组合相匹配。

在一些实施方式中，AFM仅模拟了形成陶瓷的混合物的一种或多种磨料颗粒的多模PSD中的总峰数(局部最大值)的子集，例如仅是确定或者估计具有所需磨料作用的峰的子集。例如，对于形成陶瓷的混合物中的磨料颗粒的PSD中具有多个峰的形成陶瓷的混合物，可以产生AFM来模拟具有最大幅度(即，对应于最大体积％的粒度)、最大粒度(即，最粗颗粒)等的峰。也就是说，通常预期形成陶瓷的材料中以最高体积百分比存在的磨料颗粒会对形成陶瓷的混合物的磨料效果和流变学流动行为具有最大影响，并且类似地预期较粗的颗粒的磨料作用会大于较细的颗粒。以这种方式，通过仅聚焦于所理解的或者实验确定的PSD的具有最大影响的那些性质，可以更高效地产生AFM同时仍然合适地模拟了形成陶瓷的混合物的流变学流动特性和/或磨料作用。在一些实施方式中，产生的AFM的PSD是：模拟了形成陶瓷的混合物的PSD中对应于高于某一阈值(例如，大于约2％)的体积％的每个峰；和/或没有模拟体积％小于某一阈值(例如，小于约1％)的任何峰。在一些实施方式中，最大d₉₉粒度限制符合如下规定：AFM中的砂砾颗粒小于或等于挤出模头中的最小孔径(例如，挤出模头中的狭槽的宽度)的70-80％。

为了制备AFM(例如，相应的AFM1)，以特定的体积比混合不同的市售可得目数的磨料砂砾材料(具有与AFM1的石英和/或氧化铝相同或更高的硬度(和/或其他形成陶瓷的混合物中的最硬、前两种最硬、前三种最硬组分等))。在一个实施方式中，对于AFM1，形成的磨料砂砾是如下混合物：1-3体积％的400目，5-15体积％的600目，5-15体积％的800目，50-70体积％的1000目，以及10-30体积％的8000目，从而产生的PSD的峰模拟了CFM1的双模PSD。要理解的是，取决于其他形成陶瓷的混合物所测得的PSD以及可用的磨料砂砾的粒度分布，可以使用其他磨料砂砾颗粒和比例。或者，可以通过产生所需的PSD的方法对磨料粉末的组合进行研磨或碾磨来制备AFM(例如AFM1)，方式如下：使用形成陶瓷的混合物中的一些成分作为AFM中的磨料砂砾(例如，氧化铝、二氧化硅等)，购买与陶瓷批料中的不同成分相匹配的单独的磨料砂砾以及将它们以相似的比例混合，或者其他方法。

根据本文公开的实施方式，一旦磨料砂砾颗粒结合具有模拟了一个或多个峰和/或与形成陶瓷的混合物(例如CFM1)的PSD基本相同的PSD，在合适的载剂中确定固体负载来模拟和/或实现与陶瓷流动材料(例如CFM1)基本相同的流变学流动特性。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims

1.一种将形成陶瓷的混合物挤出通过蜂窝挤出模头的方法，所述蜂窝挤出模头包括限定了多个狭槽的多个销钉，该方法包括：

在形成陶瓷的混合物挤出通过模头的狭槽之前，使得磨料流动介质挤出通过模头的狭槽来对蜂窝挤出模头进行调节；

其中，磨料流动介质包括分散在可流动载剂中的磨料无机颗粒；

其中，形成陶瓷的混合物包括一种或多种类型的形成陶瓷的无机颗粒；

其中，可流动载剂中的磨料无机颗粒的粒度分布对应于形成陶瓷的混合物中的至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的粒度分布；

其中，所述至少一种类型的形成陶瓷的无机颗粒包括具有第一粒度分布的第一磨料颗粒，所述第一粒度分布在第一颗粒直径处具有所述第一磨料颗粒的体积百分比的第一峰值；以及

其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒包括包含第二粒度分布的第二磨料颗粒，所述第二粒度分布在所述第二磨料颗粒的第二颗粒直径处具有体积百分比的第二峰值，其中，所述第二磨料颗粒的第二颗粒直径是比所述第一磨料颗粒的第一颗粒直径大了或小了20％的范围内。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒和所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒具有同样的组成。

3.如权利要求1所述的方法，其中，磨料无机颗粒至少是形成陶瓷的混合物中的最硬的形成陶瓷的颗粒那么硬。

4.如权利要求1所述的方法，其中，磨料无机颗粒的粒度分布对应于第一类型的形成陶瓷的颗粒的第一粒度分布与第二类型的形成陶瓷的颗粒的第二粒度分布的组合。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述磨料无机颗粒与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒具有同样的硬度值。

6.如权利要求1所述的方法，其中，磨料无机颗粒的粒度分布在如下颗粒直径具有峰值体积百分比，所述颗粒直径对应于所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径。

7.如权利要求6所述的方法，其中，磨料无机颗粒的粒度分布的峰值在如下颗粒直径具有体积百分比的局部最大值，所述颗粒直径与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径相差在20％的范围内。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，磨料无机颗粒的粒度分布具有：在第一颗粒直径处的第一峰值体积百分比，所述第一颗粒直径对应于所述至少一种类型的磨料无机颗粒的最常出现的颗粒直径；以及在第二颗粒直径处的第二峰值体积百分比，所述第二颗粒直径对应于所述至少一种类型的磨料无机颗粒的第二常出现的颗粒直径。

9.如权利要求8所述的方法，其中，磨料无机颗粒的粒度分布的所述第一峰值在如下颗粒直径处具有第一局部最大值，所述颗粒直径与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径相差在20％的范围内；以及磨料无机颗粒的粒度分布的所述第二峰值在如下粒度具有第二局部最大值，所述粒度与所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的最常出现的颗粒直径相差在20％的范围内。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒包括不止一种类型的磨料无机颗粒；

其中，所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒包括不止一种类型的形成陶瓷的无机颗粒；以及

其中，所述不止一种类型的磨料无机颗粒具有与所述不止一种类型的形成陶瓷的无机颗粒具有同样的一种或多种磨蚀特性。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一磨料颗粒包括以下一种或多种：形成陶瓷的混合物中最硬的组分、第二硬的组分和第三硬的组分。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二磨料颗粒至少如所述第一磨料颗粒那么硬。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二磨料颗粒至少如蜂窝挤出模头的外表面那么硬。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二磨料颗粒的第二颗粒直径与所述第一磨料颗粒的第一颗粒直径相差在10％之内。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二磨料颗粒的第二颗粒直径与所述第一磨料颗粒的第一颗粒直径相差在5％之内。

16.如权利要求1和11-15中任一项所述的方法，其中，在所述第二粒度分布的所述第二峰值处的所述第二磨料颗粒的体积百分比与所述第一粒度分布的所述第一峰值处的所述第一磨料颗粒的体积百分比相差在20％之内。

17.如权利要求1和11-15中任一项所述的方法，其中，在所述第二粒度分布的所述第二峰值处的所述第二磨料颗粒的体积百分比与所述第一粒度分布的所述第一峰值处的所述第一磨料颗粒的体积百分比相差在10％之内。

18.如权利要求1和11-15中任一项所述的方法，其中，在所述第二粒度分布的所述第二峰值处的所述第二磨料颗粒的体积百分比与所述第一粒度分布的所述第一峰值处的所述第一磨料颗粒的体积百分比相差在5％之内。

19.如权利要求1和11-15中任一项所述的方法，其中，所述第一粒度分布是包含所述第一峰值和对应于第三粒度的第三峰值的多模分布。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第二粒度分布是包含所述第二峰值和第四粒度处的第四峰值的多模分布，其中，所述第四粒度与所述第三粒度相差在20％之内。

21.如权利要求19所述的方法，其中，所述第二粒度分布的峰的数量少于所述第一粒度分布。

22.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一峰值的所述第一粒度分布是对应于所述多模分布中存在的任意峰的最大粒度。

23.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一峰值的体积百分比是所述多模分布中存在的任意峰的最大体积百分比。

24.一种制备蜂窝挤出模头的方法，所述蜂窝挤出模头将形成陶瓷的混合物挤出成生坯蜂窝挤出物，所述方法包括：

(a)对形成陶瓷的混合物的形成陶瓷的颗粒中在挤出过程中对于蜂窝挤出模头具有磨料作用的一种或多种组分进行鉴定；

(b)将磨料流动介质设计成可流动载剂中的磨料砂砾颗粒的组合，使得磨料砂砾颗粒具有第一粒度分布，所述第一粒度分布在如下颗粒直径处具有至少一个体积百分比的峰值，所述颗粒直径对应于形成陶瓷的混合物中的形成陶瓷的颗粒的第二粒度分布；以及

(c)将蜂窝挤出模头的未经调节的表面暴露于磨料流动介质从而对蜂窝挤出模头的表面进行调节，其中，磨料流动介质的设计包括：

确定蜂窝挤出模头的最小孔径；

获得磨料砂砾颗粒，其包含：

形成陶瓷的混合物中鉴定为具有磨料作用的所述一种或多种组分，或者不存在于形成陶瓷的混合物中的至少具有如同形成陶瓷的混合物中的所述一种或多种组分的磨料性的组分；以及

最大粒度小于或等于蜂窝挤出模头的最小开口的80％；以及

将磨料砂砾颗粒与载剂混合以形成磨料流动介质，所述磨料流动介质包含的体积固体负荷小于或等于形成陶瓷的混合物的体积固体负荷。

25.如权利要求24所述的方法，其还包括对磨料流动介质的流变学流动特性进行调整从而与形成陶瓷的混合物相匹配。

26.如权利要求24所述的方法，其还包括：对挤出过形成陶瓷的混合物的蜂窝挤出模头的磨合表面进行分析以建立起目标表面式样；以及对磨料砂砾颗粒的材料、磨料砂砾颗粒的粒度分布和磨料流动介质的流变学流动特性中的至少一种进行调整从而使得目标表面式样与由于磨料流动介质所导致的蜂窝挤出模头中的磨损式样之间的差异最小化。

27.如权利要求24所述的方法，其中，磨料砂砾颗粒包括与形成陶瓷的混合物中的所述一种或多种组分相同的组成。

28.如权利要求24所述的方法，其中，磨料砂砾颗粒的硬度大于或等于形成陶瓷的混合物的所述一种或多种组分的最高硬度或者第二高的硬度。

29.如权利要求24所述的方法，其中，磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布等于形成陶瓷的混合物的最硬组分或者第二硬的组分的整体体积加权粒度分布。

30.如权利要求24所述的方法，其中，磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物相同。

31.如权利要求24所述的方法，其中，磨料砂砾颗粒的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

32.如权利要求24所述的方法，其中，蜂窝挤出模头的未经调节的表面是未经涂覆的表面，以及使得磨料流动介质暴露于未经涂覆的表面持续时间足以使得未经涂覆的表面的几何形貌发生变化，和/或未经涂覆的表面的毛刺被清除。

33.如权利要求32所述的方法，其还包括：在所述持续时间之后对未经涂覆的表面进行涂覆以形成经涂覆表面，以及后续将磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间足以使得经涂覆表面变光滑，和/或在经涂覆表面中产生流动凹槽。

34.如权利要求24所述的方法，其中，蜂窝挤出模头的未经调节的表面是经涂覆表面，以及使得磨料流动介质暴露于经涂覆表面持续时间足以使得经涂覆表面变光滑，和/或在经涂覆表面中产生流动凹槽。

35.如权利要求33所述的方法，其中，蜂窝挤出模头的经涂覆的表面包括碳氮化钛或者硼掺杂的碳氮化钛的涂层。

36.如权利要求24所述的方法，其中，磨料砂砾颗粒包括氧化铝和/或石英。

37.如权利要求24所述的方法，其中，可流动载剂包括基于硅酮或者基于聚有机硅氧烷的聚合物。

38.一种用于进行权利要求1-23中任一项所述的方法的系统，该系统包含：磨料流动介质，包含至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的形成陶瓷的混合物，以及具有一个或多个暴露表面的蜂窝挤出模头，其中，磨料流动介质包含分布在可流动载剂中的至少一种类型的磨料无机颗粒，以及其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒的粒度分布对应于形成陶瓷的混合物中的所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的粒度分布。

39.如权利要求38所述的系统，其中，磨料无机颗粒的整体体积加权粒度分布与形成陶瓷的混合物的具有磨料作用的一种或多种组分的整体体积加权粒度分布是基本相同的。

40.如权利要求38-39中任一项所述的系统，其中，磨料流动介质所包含的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

41.如权利要求38所述的系统，其中：

磨料砂砾颗粒的硬度大于或等于形成陶瓷的混合物的最高或第二高硬度的组分；

磨料砂砾颗粒的整体体积加权粒度分布等于形成陶瓷的混合物的最高和第二高硬度的组分的整体体积加权粒度分布；

磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物相同；以及

磨料流动介质所包含的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

42.如权利要求38所述的系统，其中，磨料砂砾颗粒所呈现的整体双模粒度分布包括：有效地进行抛光的第一平均颗粒直径的颗粒，以及有效地进行研磨的第二平均颗粒直径的颗粒。

43.如权利要求38所述的系统，其中，可流动载剂包括基于硅酮或者基于聚有机硅氧烷的聚合物。

44.如权利要求38所述的系统，其中，模头的暴露表面包括碳氮化钛或者硼掺杂的碳氮化钛的涂层。

45.一种用于进行权利要求24-37中任一项所述的方法的系统，该系统包含：磨料流动介质，包含至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的形成陶瓷的混合物，以及具有一个或多个暴露表面的蜂窝挤出模头，其中，磨料流动介质包含分布在可流动载剂中的至少一种类型的磨料无机颗粒，以及其中，所述至少一种类型的磨料无机颗粒的粒度分布对应于形成陶瓷的混合物中的所述至少一种类型的形成陶瓷的颗粒的粒度分布。

46.如权利要求45所述的系统，其中，磨料无机颗粒的整体体积加权粒度分布与形成陶瓷的混合物的具有磨料作用的一种或多种组分的整体体积加权粒度分布是基本相同的。

47.如权利要求45-46中任一项所述的系统，其中，磨料流动介质所包含的最大d99颗粒直径小于或等于模头中的最小孔径尺寸的80％。

48.如权利要求45所述的系统，其中：

磨料流动介质的流变学流动与形成陶瓷的混合物相同；以及

49.如权利要求45所述的系统，其中，磨料砂砾颗粒所呈现的整体双模粒度分布包括：有效地进行抛光的第一平均颗粒直径的颗粒，以及有效地进行研磨的第二平均颗粒直径的颗粒。

50.如权利要求45所述的系统，其中，可流动载剂包括基于硅酮或者基于聚有机硅氧烷的聚合物。

51.如权利要求45所述的系统，其中，模头的暴露表面包括碳氮化钛或者硼掺杂的碳氮化钛的涂层。