[发明专利]用于对蜂窝状陶瓷坯体进行热力除去粘结的方法和设备

说明书

相关申请的交互参照

本申请要求对2009年11月30日提交的美国专利申请No.12/627,000的优先权益。

背景

本文披露的方法和装置总体涉及陶瓷蜂窝体的制造，具体来说，涉及加热蜂窝状陶瓷坯体，以在将坯体熔结以反应烧结成为陶瓷蜂窝体之前，从未烧坯件中除去粘结的成分。

由诸如堇青石、碳化硅和钛酸铝等之类的耐火陶瓷材料组成的陶瓷蜂窝体，已广泛地应用于催化基体和颗粒过滤器的制造中。如此的基体和过滤器目前需要清除诸如一氧化碳、氮气和硫氧化物、未烧尽的碳氢化合物之类的污染物，以及诸如来自内燃机废气或来自工业燃烧过程的烟道气的煤烟之类的颗粒物。

熔结蜂窝状陶瓷的坯体，将它们转换为陶瓷蜂窝体，首先需要从坯体中除去粘结或除去各种有机粘结物或形成多孔的组分。在制造的早期成形阶段中，需要用这些组分来使陶瓷前体粉末和粘结组分的塑性混合物成形为自支承的坯体的蜂窝状形状。成形通常是将塑性混合物挤压通过蜂窝挤压模来实现。

若坯体蜂窝的形状包括超过约5重量％的诸如纤维质粘结剂的有机组分和/或诸如可燃烧的淀粉的形成多孔的添加剂的话，则会出现很大的制造困难。如果有机粘结剂和/或形成多孔的组分的除去未加仔细地管理，则在烧结好的物品中可观察到很高的开裂率。特别成问题的是大的蜂窝状坯体的去除粘结，例如，用于生产堇青石颗粒过滤器或生产用于处理重型柴油机废气流的燃烧器的那些大的蜂窝状坯体的去除粘结。

在去除蜂窝状陶瓷坯体粘结的过程中，可认为造成开裂的主要根源是蜂窝状坯体的内芯内有机物的未受控制的燃烧（热逸散）。如此未受控制的燃烧在坯体中产生大的热梯度，该热梯度又产生热应力，热应力很大，足以在去除粘结过程中造成开裂。

已经有人提出了许多种解决如此开裂的方法。这些方法包括使用低氧去除粘结的气氛来降低有机物燃烧速率；使用在去除粘结过程中的降低的加热速率来减小坯体内的内部温差；以及使用在去除粘结过程中的气体通过坯体蜂窝孔的循环水平，以提高坯体内的温度分布均匀性。

然而，在烧结过的陶瓷蜂窝体中仍会遇到很高程度的开裂。

发明内容

根据本文披露方法的实施例，蜂窝状陶瓷坯体的去除粘结包括这样的步骤：在加热的含氧气体循环气氛中加热坯体，同时有选择地限制通过坯体的蜂窝状内芯部分的气体循环。在某些实施例中，有选择地限制通过坯体的蜂窝状内芯部分的气体循环包括：加热坯体，同时将坯体支承在流动限制的水平支承表面上。该水平支承表面具有这样的面积，其至少足以阻塞通过定位在支承表面上的坯体的至少大部分蜂窝的循环气流，但不足以显著地限制气体在坯体的侧向或圆周侧表面上的循环。

本发明还包括用于蜂窝状陶瓷坯体去除粘结的装置。该装置的实施例包括具有用于加热坯体的加热封闭环境的炉窑，连同设置在加热的封闭环境内的基座支承件，该基座支承件包括间距，间距允许加热的含氧气体自由地循环通过基座支承件。这些实施例还包括多个设置在基座支承件上限制流动的坯体支承构件，用来以在坯体位于支承构件上的同时限制加热的含氧气体通过坯体的蜂窝状内芯部分。

该装置还包括炉窑入口，入口允许加热的含氧气体流入加热的封闭环境中；以及用于循环加热的含氧气体通过基座支承件、坯体支承构件以及位于坯体支承构件上的坯体的气体循环装置。在所选择的实施例中，坯体的支承构件包括含有水平支承表面的盘支承件。每个支承表面具有这样的面积，其至少足以阻塞通过支承的坯体的大部分蜂窝（蜂窝开口面向支承表面）的加热的气流。然而，支承表面面积不足以显著地限制加热的含氧气体通过支承的坯体的侧向表面的循环。

附图说明

下面将参照附图来描述以上披露的方法和装置的实施例，附图中：

图1是描绘在去除粘结过程中坯体内芯温度对窑温度的曲线图；

图2示出适用于实践所披露方法的装置；

图3显示该装置一部分的详细视图；

图4示出该装置一部分的另一详细视图；以及

图5a和5b示出坯体支承构件的实施例。

具体实施方式