[发明专利]陶瓷加工烧制

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请根据35U.S.C.§119，要求2010年11月30日提交的美国临时申请第61/418,181号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。 

背景 

本申请一般地涉及生产陶瓷制品，更具体地涉及采用蒸汽辅助的烧制步骤来生产陶瓷制品。 

常规方法制造的陶瓷由许多有机成分组成，包括加工助剂和润滑剂（烷烃、烯烃、石蜡、脂肪酸等）、作为粘合剂的成形剂（甲基纤维素、PVOH等）以及作为成孔剂的结构剂（碳基和烃基材料，例如淀粉、石墨、合成聚合物等）。当批料组成中涉及高水平的有机粘合剂、润滑剂和成孔剂时，对具有大尺寸、复杂形状的陶瓷产品进行烧制/加工是非常困难的。这是由于烧掉这些化学品是剧烈放热反应，其中，当用氧气（空气）将含碳化合物和/或烃类化合物转化成二氧化碳和水时，产生大量的热量。通常来说，在对陶瓷部件烧制时发生的非均匀燃尽过程产生温度差以及膨胀或收缩差，这引起了部件上的内部应力。这是导致烧制裂纹和变形的主要原因。 

为了改善烧制产率并消除燃尽过程中的温度尖峰，现有的多孔陶瓷制造工艺需要通过降低大气中的氧含量来降低氧化速率（放热），例如通过使用大量氮气来稀释空气，和/或在反应范围过程中（150-800℃）用非常低的升温速度（<10℃/h）来延长燃尽阶段。因此，有机物的慢速燃尽使得制造多孔陶瓷的材料成本和能源成本都明显增加。例如，采用常规方法，会占据约200小时来烧制生坯（例如，10%成孔剂+5%粘合剂和润滑剂）中有机物含量约为15%（通过追加加入）的大锋面（LFA）部件（例如≥10”直径x13”高）。此外，采用现有生产工艺来烧制具有超过25%的成孔剂的任意LFA部件都是极端困难的。 

因此，希望有一种缩短烧制步骤时间的陶瓷制造方法。 

发明内容

本发明的一个方面包括生产蜂窝陶瓷制品的方法，所述方法包括在烧制循环中向烧制气氛加入蒸汽。在整个烧制循环中，加入气氛的蒸汽量可以约为10-100体积%。 

在另一个方面，本发明包括一种堇青石陶瓷制品，该堇青石陶瓷制品是通过如下方法生产的：提供形成堇青石陶瓷的成分、基于纤维素的粘合剂、水基溶剂和成孔剂，混合所述形成堇青石陶瓷的成分、粘合剂、溶剂和成孔剂以形成前体批料，将所述前体批料成形为生坯蜂窝体，并烧制所述生坯蜂窝体以产生堇青石陶瓷制品，其中，在烧制循环的最高保温温度过程中，向窑气氛加入蒸汽。所述堇青石陶瓷制品的正交晶系堇青石与六边形堇青石的比例约为约大于7:1，约大于9:1，约大于15:1，或者甚至约大于17:1。从烧制循环的最高保温温度的快速冷却速率（例如大于约50℃/小时或者甚至大于约100℃/小时）可以实现所述正交晶系堇青石与六边形堇青石的高比例。 

在另一个方面，本发明包括一种钛酸铝陶瓷制品，该钛酸铝陶瓷制品是通过如下方法生产的：提供形成钛酸铝的成分、基于纤维素的粘合剂、水基溶剂和成孔剂，混合所述形成钛酸铝陶瓷的成分、粘合剂、溶剂和成孔剂以形成前体批料，将所述前体批料成形为生坯蜂窝体，并烧制所述生坯蜂窝体以产生钛酸铝陶瓷制品，其中，在烧制循环的最高保温温度过程中，向窑气氛加入蒸汽。 

在另一个方面，本发明包括一种多铝红柱石陶瓷制品，该多铝红柱石陶瓷制品是通过如下方法生产的：提供形成多铝红柱石的成分、基于纤维素的粘合剂、水基溶剂和成孔剂，混合所述形成多铝红柱石陶瓷的成分、粘合剂、溶剂和成孔剂以形成前体批料，将所述前体批料成形为生坯蜂窝体，并烧制所述生坯蜂窝体以产生堇青石陶瓷制品，其中，在烧制循环的最高保温温度过程中，向窑气氛加入蒸汽。 

在以下详细描述中给出了要求保护的本发明的其他特征和优点，其中部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，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述的本发明而被认识。 

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是呈现本发明的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书 的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释所要求保护的本发明的原理和操作。 

附图简要说明 

图1A是输入气氛中不加入蒸汽的烧制循环的烧制室的示意图。 

图1B是蒸汽辅助烧制循环的烧制室的示意图。