本发明专利技术涉及用于制造以堇青石作为其主要相的基材的可塑化原料混合物，该混合物的化学组成基本上由以重量百分数计为１１－１７％氧化镁、３３－４１％氧化铝和４６－５３％二氧化硅组成。该原料混合物具体包含下列：（１）形态指数大于０．８、平均粒径小于约１０微米的片状滑石；（２）形成氧化铝的原料，它包含平均粒径小于约５微米的选自α氧化铝、过渡型氧化铝、氧化铝单氢氧化物或三水氧化铝的氧化铝；和（３）选自下列的一个或多个组分：平均粒径小于约２微米的层状高岭土、平均粒径小于约２微米且表面积大于约１０平方米／克的煅烧的高岭土和／或平均粒径小于约５微米的氧化硅。本发明专利技术还涉及制造生坯的方法，该方法包括：将形成堇青石的原料混合并塑化成混合料，随后将可塑化的原料混合物通过挤出模头挤出成形成生坯，使原料至少有一部分在一个取向平面上对齐，从而使陶瓷生坯在烧结时的收缩呈各向异性，是垂直于该取向平面方向上的收缩大于陶瓷生坯其它至少一个方向上的收缩。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本申请要求Beall于1999年9月1日提交的题目为“超薄壁堇青石结构体的制造”的美国临时申请No.60/151,856的权益。
技术介绍
1.
本专利技术涉及用作催化剂载体的堇青石陶瓷体，具体涉及用作纯化汽车废气的起着通道壁超薄的堇青石体，以及一种制造这种超薄壁堇青石结构体的方法。2.相关技术描述利用烃气体、汽油或柴油等烃类燃料的内燃机系统所释放出的废气会严重地污染大气。在这些废气中，许多污染物是烃类和含氧的化合物，而后者又包括氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。许多年来，汽车工业一直设法减少汽车发动机系统的污染物释放量，在1970年代中期有了装备有催化转化器的第一批汽车。堇青石基材，通常是蜂窝体形式，长期起来一直适合作为基材来承载汽车上催化转化器的催化活性组分，其部分原因是因为堇青石陶瓷具有良好的耐热冲击性。从含有氧化镁、氧化铝和氧化硅的矿物原料混合物(如粘土和滑石)制造堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)陶瓷是众所周知的。这些方法在美国专利2,684,919中有所描述。美国专利No.3,885,977中公开了从粘土/滑石批料制造耐热冲击性堇青石蜂窝陶瓷的方法，该方法是对该批料进行挤压，然后烧结挤出物，提供沿至少一个轴膨胀系数非常低的陶瓷。为了优化堇青石基材的性质，提高其作为催化剂载体的实用性，生产商作了不断的研究。具体是，生产商不断地努力试图开发出壁厚越来越小的堇青石蜂窝体基材。由于立法对汽车市场的催化转化器转化效率的要求提高，因此对于壁非常薄的堇青石体的要求也在增加。较薄的壁减少了基材的质量，从而使其点燃时间更迅速。另外，在不增加基材质量的情况下可获得更大的几何表面积。薄壁基材的另一个优点是可获得较低的背压。然而，与几何结构常规的蜂窝体基材相比，壁非常薄的基材的生产非常困难。现已发现，当用常规的挤出装置来生产壁厚小于100微米的蜂窝陶瓷体(即超薄壁陶瓷体)时，蜂窝挤出物壁上的破裂(即不含陶瓷材料的区域)数目非常多。认为陶瓷材料中产生这些破裂是由于挤出材料中的一个或多个颗粒堵塞了挤出模头中的狭缝，使得该区域的批料流动受到限制。破裂数随着狭缝宽度的减少而增加，如果狭缝宽度很窄，那么堵塞的通道数会多得使挤出物不能聚集在一起，而是挤出了多股小的材料。另外，湿的挤出物支持其自身重量的能力很小，使得壁非常薄的蜂窝陶瓷制品的挤出很困难。结果，由于薄壁的强度较低，制品塌陷很常见。在壁非常薄的蜂窝陶瓷制品的挤出过程中，另一个困难是模头狭缝宽度的细小差异会产生批料流速差异的问题。这种有差异的流速会导致蜂窝体通道结构变形。用常规方法来挤出通道密度高的超薄壁堇青石结构的另一问题是，需要有多部件结构的模头，因为若是单件结构的常规模头，其进料孔靠得太近，或孔太小而无法把孔钻出来。然而，当采用径向收缩适度高的组合物时，采用常规的成本较低的模头结构就能在烧结期间将通道密度提高至当采用收缩较低的材料时必须用多部件模头方法才可能达到的水平。因此，本领域中非常希望能找到一种克服上述常规方法缺点的制造超薄壁堇青石的方法和可用常规挤出装置来进行的方法。专利技术概述因此，本专利技术的主要目的是提供一种改进的制造超薄壁堇青石陶瓷的方法，该方法在陶瓷制品中产生的不连续非常少(如果有的话)，而且可用常规的挤出装置/模头来进行。现已发现，当采用某些原料组合时，原料在挤出通过狭缝时会部分排列形成有取向的平面。具体地说，现已发现片状的滑石和粘土原料在用于制造堇青石蜂窝结构时，在挤出后形成了与壁方向大致平行的原料取向平面。因此，表现出有此取向的原料结构的生坯表现出各向异性的收缩性；在垂直于取向平面的方向上(即壁厚方向上)的收缩程度高于其它方向(例如径向和轴向)上的收缩。更具体地说，本专利技术涉及一种用来制造以堇青石作为其主要相的基材的可塑化的原料混合物，该混合物的化学组成包含，以重量百分数计，11-17％的氧化镁、33-41％氧化铝和46-53％二氧化硅。原料混合物具体包含下列(1)形态指数大于0.8、用Sedigraph粒度分析仪(Micromertics公司)测得的平均粒径小于约10微米的片状滑石；(2)形成氧化铝的原料，它包含平均粒径小于约5微米的选自α氧化铝、过渡型氧化铝、氧化铝单氢氧化物(aluminum oxide monohydroxide)或三水氧化铝的氧化铝；和(3)平均粒径小于约2微米的层状高岭土、平均粒径小于约2微米且表面积大于约10平方米/克的煅烧的高岭土和/或平均粒径小于约5微米的氧化硅中的一个或多个组分。本专利技术还涉及包含上述原料混合物和有机粘合剂体系的可挤出的混合物。另外，本专利技术还涉及一种形成堇青石材料的生坯的制造方法，该方法包括制备上述可塑化的原料混合物，在该混合物中加入有机粘合剂体系，将该混合物混合成可挤出的混合物，将该混合物挤出形成具有所需结构的基材生坯。干燥该生坯，烧结成具有堇青石作为其主要相的陶瓷基材。附图简述附图说明图1表示了一个典型的蜂窝陶瓷体，图中包括了蜂窝体在各个收缩方向的符号。专利技术详述本专利技术公开了壁非常薄的堇青石蜂窝片的制造方法。具体地说，本专利技术涉及将一种新的陶瓷混合料与粘合剂以及挤压赋形剂一起挤出形成蜂窝体的方法。在烧结经干燥的生坯产生堇青石相时，生坯发生各向异性的收缩，壁厚度的收缩比径向或轴向上的收缩多得多。图1中描述了上述收缩方向壁厚方向(Sw1和Sw2)、轴向(SA)和径向(SR1、SR2、SR3)。超薄壁蜂窝体是通过使用一组原料来产生的，它使得(1)生坯在烧结期间的整体收缩较大，较佳在5-20％，更佳有8-14％的径向收缩，和(2)收缩的各向异性程度高，使得垂直于壁平面上的收缩(通常为10-40％)大于轴向或径向上的收缩；即，壁厚度与整体(径向/轴向)的收缩比大于1.0，较佳的在1.4-3.0之间，该比例可大于3.0。在制造堇青石制品时，滑石和粘土原料颗粒通常是按产生前体的氧化铝和氧化硅原料的比例来混合，结果得到的原料混合物的组成按重量百分数计为11-17％MgO、33-41％Al2O3和46-53％SiO2的原料混合物。本专利技术决定采用片状、表面积高、且平均粒径小的原料。本专利技术提供了用于制备具有堇青石作为其主要相的基材的可塑化混合物。具体地说，可塑化混合物由具体包含下列的原料混合物制成(1)形态指数大于0.8、用Sedigraph粒度分析仪(Micromertics公司)测得的平均粒径小于约10微米的片状滑石；(2)形成氧化铝的原料，它包含平均粒径小于约5微米的选自α氧化铝、过渡型氧化铝、氧化铝单氢氧化物或三水氧化铝的氧化铝；(3)选自下列的一个或多个组分平均粒径小于约2微米的层状高岭土、平均粒径小于约2微米且表面积大于约10平方米/克的煅烧的高岭土和/或平均粒径小于约5微米的氧化硅。本专利技术通过使用烧结收缩，克服了壁非常薄的基材的挤出所遇到的问题，从而获得壁非常薄的基质。如上所述，选择组合物材料，从而在烧结时产生各向异性的收缩，其中在垂直于蜂窝结构壁平面(Sw1和Sw2)上的收缩大于在轴向(SA)或径向(SR1，SR2，SR3)上的收缩；同样参见图1。这样，模头中就可采用较宽的狭缝，从而使挤出缺陷更少，这些缺陷例如是模头狭缝堵塞引起的壁破裂、流速不同而引起的通道变形、以及由于湿的挤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造以堇青石作为其主要相的陶瓷体的方法，该方法包括下列步骤： 选出无机原料，形成可塑化的无机原料混合物，该混合物的化学组成基本上由以重量百分数计的１１－１７％氧化镁、３３－４１％氧化铝和４６－５３％二氧化硅组成，该混合物包含下列： （１）镁原料，它包含形态指数大于０．８、平均粒径小于约５微米的片状滑石； （２）形成氧化铝的原料，它包含平均粒径小于约５微米的选自α－氧化铝、过渡型氧化铝、氧化铝单氢氧化物或三水氧化铝的氧化铝； （３）高岭土、煅烧的高岭土和氧化硅中的一个或多个组分，其中高岭土，如果有的话，包含平均粒径小于约２微米且表面积大于约１０平方米／克的层状高岭土；煅烧的高岭土，如果有的话，其平均粒径小于约２微米；氧化硅，如果有的话，其平均粒径小于约２微米； 将包括水的有机粘合剂体系加入无机混合物中，捏和该混合物，随后成形出生坯， 干燥该生坯，随后在１３８０－１４５０℃之间的温度下烧结一段时间，得到烧结的陶瓷体。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DM比尔，GA默克尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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