[发明专利]一种制备较低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的方法

摘要

本发明属于无机非金属材料领域，涉及对用作汽车尾气净化器载体的较低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷制备方法的改进。其工艺过程为：堇青石粉末合成—钨酸锆粉末的合成—组分混合—真空炼泥—真空挤出—微波定型—烘箱干燥—坯体加工—高温烧结—检验。利用该配方和工艺可以生产热膨胀系数低于1.0×10^－6/℃的堇青石蜂窝陶瓷。本发明方法具有成本低、操作简便、适用性强、无环境污染等优点，适宜于工业化生产。

主权项

1、一种制备较低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的方法，其特征在于，具体步骤如下：1.1、合成堇青石粉末；1.1.1、配料；根据堇青石的理论组成，准确称量各种陶瓷粉体，原料分别为能够生成氧化铝、二氧化硅和氧化镁的物质，根据堇青石的理论组成，准确称量各种陶瓷粉体，原料分别为能够生成氧化铝、二氧化硅和氧化镁的物质，本发明采用下述三种原料配方之一：1.1.1.1、10％～20％的高纯滑石、15％～25％碳酸镁、余量为煅烧高岭土；1.1.1.2、10％～20％的α-Al2O3粉、40％～50％的高纯滑石、余量为煅烧高岭土；1.1.1.3、35～45％的绿泥石、余量为煅烧高岭土；1.1.2、球磨；按照每公斤原料干粉加1～2公斤去离子水或者蒸馏水的比例，另外加入占陶瓷粉体重量0.5～2wt％的中性分散剂JA282，一起放入球磨罐中进行湿法混合，球料比为：0.8∶1～3∶1，球磨方式可以为下述方式之一：滚筒磨、砂磨、搅拌磨，球磨时间为：1～30h；1.1.3、干燥；将混合充分的泥浆倒出，放在烘箱中进行干燥，干燥温度为：50～200℃；或者进行喷雾干燥；干燥后获得混合均匀、干燥的原料混合粉末；1.1.4、煅烧合成；将上述混合陶瓷粉末装在耐火匣钵中，或者将干粉压成方砖后放入窑炉中进行煅烧合成，煅烧温度为1300～1400℃，保温时间为：1～6h；1.1.5、过筛；煅烧合成后冷却出炉，进行粉碎，粉碎后的粉末过120目筛网，最终粉碎到中位径2～20μm；1.2、合成钨酸锆负膨胀粉末；1.2.1、配料；以四价锆离子水溶性无机盐，钨的可溶性氨络合物为先驱体，按照mol比Zr∶W＝1∶2称取原料，将上述原料溶解在去离子水中，去离子水加入量为每100克固体粉末加50～200ml/，按照去离子水的量加入5～20wt％的单体即丙烯酰胺和0.25～1.0wt％的交联剂即N，N-亚甲基双丙烯酰胺，最后，按照溶液的体积加入0.5～1.5vol％的引发剂即3～20wt％的过硫酸铵或过硫酸钠，充分搅拌混合；1.2.2、凝胶；将上述混合物加热到50～100℃，形成均匀凝胶物；1.2.3、煅烧；先将凝胶物粉碎、干燥，然后放入煅烧炉内加热到1100～1150℃，保温2～4h，然后取出迅速放进水里进行水淬处理；1.2.4、球磨；将煅烧后的的产物与无水乙醇混合，无水乙醇按照每100g干粉50g的量加入，球磨1～10h，然后重复上述煅烧、水淬2～3次，最后再与无水乙醇混合球磨，得到立方相钨酸锆负膨胀超细粉末；1.3、制备陶瓷泥坯；采用如下配方：原料粉末由步骤1.1中合成的堇青石粉和在步骤1.1.1中所配的原料即生料粉组成，堇青石粉占70～100wt％，生料粉占0～30wt％的；此外，以原料粉末为100％，还有以下物质：5～15wt％的负膨胀钨酸锆粉末；3～7wt％的下述物质之一：甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素或羟乙基甲基纤维素；4～6wt％的下述润滑剂之一：桐油或植物油或石蜡乳液或水溶性高分子乳液；20～35wt％的水，将上述物质放入混泥机中混炼成泥，混炼时间为3～15h；1.4、真空炼泥；将上述经过湿法炼泥的泥坯放入双轴卧式真空炼泥机中进行真空炼泥，其中，主轴转速：10～20r/min，真空度：961atm，混炼时间为1～5小时，混炼时如果泥坯发热高于40℃时，应立刻停止，等凉下来后继续炼泥；1.5、泥坯陈腐；经过真空炼泥的泥坯用塑料薄膜裹住，放于阴凉潮湿的环境下进行陈腐，时间为10～72h；1.6、真空挤出；将经过陈腐的泥坯放入任意倾角真空挤出机中进行挤制，挤出机的真空度为：961atm。泥坯在800KN的挤制压力下首先通过80目～120目的不锈钢筛网，以滤去颗粒状夹杂；然后，经过所需要的孔密度的金属模具，获得所需要的密度的堇青石蜂窝陶瓷素坯，然后用钼丝切割成所需要长度的蜂窝陶瓷湿坯体；1.7、微波定型；蜂窝陶瓷坯体挤出后，迅速放入微波炉中进行定型干燥，微波炉选用“高火”或“中火”两档进行，根据微波炉的功率选取合适的微波时间，当选用“高火”时，微波时间为：3～8min，其中选用“中火”时，微波时间为：6～15min；1.8、坯体干燥；经过微波定型后的蜂窝坯体内部还有水分，需要放入烘箱中进行长时间的干燥处理，干燥温度为：50℃～120℃，干透为止；1.9、坯体加工；将干燥充分的蜂窝陶瓷坯体进行端面加工，获得整齐的蜂窝端面；1.10、高温烧结；将加工好的完整蜂窝陶瓷坯体放入窑炉中进行高温烧结，烧结温度为1250℃～1420℃，保温时间为3～6h；1.11、通孔处理；用压缩空气对蜂窝孔进行通孔处理，清除孔内残留或混入的陶瓷颗粒，保证孔道畅通。