專利名稱：低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物及其制備方法，該方法可以得到一種低熱膨脹蜂巢結(jié)構(gòu)體。
在生產(chǎn)近年來(lái)非常需要的薄壁蜂巢狀物時(shí)，其側(cè)壁厚度不大于100微米，優(yōu)選孔隙率不低于30％因而可以容易地在薄壁蜂巢狀物上涂布催化劑。另外，必須從原材料顆粒中排除直徑不大于沖模狹縫寬度的粗糙顆粒成分以防止側(cè)壁損壞。進(jìn)一步，要求具有低熱膨脹系數(shù)以保持抗熱沖擊性。然而，在以上提到的已知技術(shù)中仍存在問(wèn)題，即平均粒徑不大于2微米的細(xì)礬土具有降低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，在如此細(xì)小的礬土中，顆粒極易結(jié)塊因而很難使顆粒分級(jí)。因此，不可能去除粗糙的顆粒成分。在此情況下，在蜂巢形成步驟中礬土的粗糙顆粒會(huì)堵死沖模的狹縫，并且這種堵死會(huì)造成蜂巢狀物的側(cè)壁損壞。另外，還有一個(gè)缺點(diǎn)，即由于使用細(xì)小礬土?xí)斐奢狼嗍沾煞涑矤钗锏目紫堵式档?。此外，高純度無(wú)定形硅石有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即熱膨脹系數(shù)降低，另一方面，與石英硅石相比高純度無(wú)定形硅石會(huì)降低堇青石陶瓷蜂巢狀物的孔隙率，并且，還有一個(gè)缺點(diǎn)即昂貴。
根據(jù)本發(fā)明，一種低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物的特征在于堇青石晶體相不低于60％和印度石晶體相不大于30％，其中堇青石晶體相和印度石晶體相總和不低于85％。
另外，根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)上面提到的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物的方法包含以下幾個(gè)步驟混合原材料和成形劑以獲得原料批料，擠出并干燥原料批料以獲得成形體，燒結(jié)成形體，其特征在于，在燒結(jié)步驟期間，至少?gòu)淖罡邷囟鹊?300℃的溫度降低速率不大于100℃/小時(shí)。
在已知的低熱膨脹陶瓷發(fā)展過(guò)程中，改變?cè)牧弦蕴岣呷∠蚝洼狼嗍姆磻?yīng)。然而，在本發(fā)明中，通過(guò)控制晶體生成過(guò)程的溫度來(lái)控制要生成的晶體相(即從最高溫度的溫度降低速率)，以致可以得到低熱膨脹系數(shù)。作為堇青石的晶體相，有斜方晶系堇青石和六方晶系堇青石即印度石的不同晶體相。在本發(fā)明中，通過(guò)增加堇青石的量和降低印度石的量使得降低熱膨脹系數(shù)成為可能。另外，發(fā)現(xiàn)堇青石與印度石的比率可以通過(guò)燒結(jié)步驟中從最高溫度到預(yù)定溫度的溫度降低速率而得到控制。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式在根據(jù)本發(fā)明的一種低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物中，經(jīng)燒結(jié)步驟后晶體相包括不低于60％的堇青石晶體相和不大于30％的印度石晶體相，其中堇青石晶體相與印度石晶體相之和不低于85％。上面提到的含有晶體相的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物可根據(jù)如下方法制得。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)堇青石陶瓷蜂巢狀物的方法的一個(gè)具體實(shí)施方案的流程圖。該堇青石陶瓷蜂巢狀物制備方法將參考圖1解釋。首先，制備生產(chǎn)堇青石的原料批料。原料批料可通過(guò)如下方法獲得以生產(chǎn)堇青石的原料而定，添加并混合成形劑如可溶性纖維素衍生物，表面活性劑，水等，原料由如滑石，高嶺土，煅燒高嶺土，礬土，氫氧化鋁和石英組成。然后，由此得到的原料批料用一個(gè)沖模擠出以得到蜂巢狀成形體，其含有堇青石組合物。此后，由此得到的蜂巢狀成形體被干燥以得到蜂巢狀干燥體。最后，通過(guò)燒結(jié)該蜂巢狀干燥體可以得到堇青石陶瓷蜂巢狀物。
上面提到的制備方法的特征在于，在燒結(jié)步驟中，至少?gòu)淖罡邷囟鹊?300℃的溫度降低速率被控制在不大于100℃/小時(shí)。在本發(fā)明中，制備一種具有低熱膨脹系數(shù)的堇青石陶瓷蜂巢狀物成為可能，該方法通過(guò)以不大于100℃/小時(shí)的方式逐漸控制燒結(jié)步驟中從最高溫度的溫度降低速率而增加了堇青石晶體相并減少了印度石晶體相。
在上述實(shí)施方案中，在制備堇青石的原料批料中優(yōu)選使用石英和平均粒徑大于2微米的礬土。在本發(fā)明中，使用石英硅石代替已知的高純無(wú)定形硅石是可能的。在此方案中優(yōu)選石英硅石，因?yàn)榕c已知的高純無(wú)定形硅石相比其可以增加孔隙率和降低成本。另外，使用平均粒徑大于2微米的礬土可使得孔隙率不低于30％并可防止包含粗糙顆粒成分，其難以分級(jí)。此外，如果從最高溫度到1250℃的溫度降低速率不大于50℃/小時(shí)，且如果最高溫度持續(xù)時(shí)間不低于6小時(shí)，這是進(jìn)一步優(yōu)選的，因?yàn)榭蓛?yōu)選實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
按照以上提到的制備方法獲得的本發(fā)明堇青石陶瓷蜂巢狀物具有優(yōu)秀的低熱膨脹系數(shù)，即在溫度變化范圍從40℃到800℃時(shí)，其沿A軸熱膨脹系數(shù)不大于0.4×10-6/℃，沿B軸熱膨脹系數(shù)不大于0.6×10-6/℃，更優(yōu)選的，沿A軸熱膨脹系數(shù)不大于0.3×10-6/℃，沿B軸熱膨脹系數(shù)不大于0.5×10-6/℃。另外，孔隙率不低于30％成為可能，并因此可能在其上容易地涂布催化劑。因此，本發(fā)明優(yōu)選地可以應(yīng)用于生產(chǎn)蜂巢狀結(jié)構(gòu)體，其蜂窩的分隔壁厚度不大于100微米。
此后，將解釋實(shí)際的實(shí)施例。
根據(jù)上述制備方法，制得含有堇青石組合物的蜂巢狀干燥體；按表1所示的混合比例混合如下表1所示的原材料以得到混合物；向混合物中添加可溶性纖維素衍生物，表面活性劑和水；并摻混、捏合、擠出和干燥混合物，其中已加入了成形劑。[表1]使用的原材料和混合比例

然后，燒結(jié)由此得到的蜂巢狀干燥體。蜂巢狀干燥體的燒結(jié)以如下表2所示的燒結(jié)條件為基礎(chǔ)進(jìn)行，燒結(jié)過(guò)程中最大溫度為1425℃，用可編程的商品化康泰爾爐，以致得到本發(fā)明的實(shí)施例1-8和對(duì)比實(shí)施例21-24的蜂巢狀燒結(jié)體。如此得到的每個(gè)蜂巢狀燒結(jié)體的孔隙率和熱膨脹系數(shù)被分別測(cè)定，并且每個(gè)蜂巢狀燒結(jié)體的晶體相被定量。蜂巢狀燒結(jié)體的孔隙率以如下方式測(cè)量全部總孔體積用汞滲透法測(cè)量，孔隙率由所測(cè)得的總孔體積計(jì)算得到。堇青石的真密度預(yù)計(jì)為2.52g/cm3。測(cè)量所用儀器為Micromeritics公司制造的Auto Pore9405。另外，蜂巢狀燒結(jié)體的熱膨脹系數(shù)以如下方式測(cè)量在溫度為40-800℃時(shí)分別測(cè)量其沿A軸和B軸的平均熱膨脹系數(shù)。在此，A軸即蜂巢狀物的擠出方向，B軸是與擠出方向垂直的方向并平行于蜂巢狀物分隔壁沿。蜂巢狀燒結(jié)體中晶體相的定量用Rietvelt法。作為一種內(nèi)標(biāo)物，使用U.C.Co.Ltd公司制造的剛玉粉末，進(jìn)行堇青石和印度石的定量分析。少量成分如假藍(lán)寶石，尖晶石和富鋁紅柱石以如下的定量方式測(cè)定用氫氟酸溶解蜂巢狀燒結(jié)體粉末得到殘余物，并將該殘余物用Rietvelt法進(jìn)行定量分析。玻璃量由100％減去堇青石，印度石，假藍(lán)寶石，尖晶石和富鋁紅柱石的晶體相百分比的總和得到。結(jié)果如下表2所示。[表2]實(shí)施例

如果從最高溫度冷卻變慢，則堇青石晶體相的數(shù)量增加并且熱膨脹系數(shù)降低(實(shí)施例1-4)。另一方面，如果溫度降低速率超過(guò)150℃/小時(shí)，則堇青石晶體相的數(shù)量降低并且熱膨脹系數(shù)變高(對(duì)比實(shí)施例21-23)。如果在從最高溫度到1300℃之間的范圍進(jìn)行降溫，則從最高溫度逐漸冷卻是有效的(實(shí)施例9)。進(jìn)一步，如果從最高溫度逐漸冷卻到1200℃，這更有效(實(shí)施例5)。然而，即使從最高溫度逐漸冷卻到更低的溫度，逐漸降溫的效果也并不能變得更好(實(shí)施例6)。另一方面，如果從最高溫度僅僅逐漸冷卻到1350℃，堇青石晶體相的數(shù)量會(huì)減小，而且并不有效(對(duì)比實(shí)施例24)。如果最高溫度的持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，則堇青石晶體相的數(shù)量增加并且熱膨脹系數(shù)變低。如果最高溫度的持續(xù)時(shí)間為至少超過(guò)4小時(shí)，則堇青石晶體相的數(shù)量會(huì)超過(guò)60％并且得到更低的熱膨脹系數(shù)(參考實(shí)施例2，5，7，8)。如果最高溫度的持續(xù)時(shí)間較短并且溫度降低速率較高，如對(duì)比實(shí)施例21所示，堇青石晶體相的數(shù)量將低于60％并且熱膨脹系數(shù)將超乎尋常的高。
發(fā)明的效果由以上的說(shuō)明可以清楚地理解，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)檩狼嗍瘮?shù)量的增加和印度石數(shù)量的減少，可能得到低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物，其降低了熱膨脹系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物，其特征在于堇青石晶體相不低于60％且六方堇青石晶體相不大于30％，其中堇青石晶體相與六方堇青石晶體相之和不低于85％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物，其中沿A軸的熱膨脹系數(shù)不大于0.4×10-6/℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物，其中蜂窩的分隔壁厚度不大于100微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物的生產(chǎn)方法，具有以下步驟混合原材料和成形劑以獲得原料批料，擠出并干燥原料批料以獲得成形體，燒結(jié)成形體，其特征在于，在燒結(jié)步驟期間，至少?gòu)淖罡邷囟鹊?300℃的溫度降低速率不大于100℃/小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物的生產(chǎn)方法，其中在最高溫度處持續(xù)的時(shí)間不低于6小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物的生產(chǎn)方法，其中從最高溫度到1250℃的溫度降低速率不大于50℃/小時(shí)。
全文摘要
通過(guò)以這樣一種方式即堇青石晶體相不低于60％和印度石晶體相不大于30％，其中堇青石晶體相和印度石晶體相之和不低于85％來(lái)控制晶體相，可以獲得一種低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物。另外，出于此目的，提供一種生產(chǎn)該低熱膨脹堇青石陶瓷蜂巢狀物的方法，具有以下步驟混合原材料和成形劑以獲得原料批料，擠出并干燥原料批料以獲得成形體，燒結(jié)成形體，其特征在于，在燒結(jié)步驟期間，至少?gòu)淖罡邷囟鹊?300℃的溫度降低速率不大于100℃/小時(shí)。
文檔編號(hào)C04B35/195GK1406214SQ01805752
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月7日
發(fā)明者野口康, 牧野恭子 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社