陶瓷的快速烧制方法技术

用于在窑内烧制生坯蜂窝陶瓷体的方法可包括在四个阶段中加热生坯蜂窝陶瓷体。第一阶段可包括以第一加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从室温加热到第一温度，所述第一加热速率大于或等于约75℃/小时。第二阶段可包括以第二加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从第一温度加热到第二温度，所述第二加热速率小于或等于第一加热速率。第三阶段可包括以第三加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从第二温度加热到保持温度，所述第三加热速率小于或等于第一加热速率。第四阶段可包括将生坯蜂窝陶瓷体保持在保持温度，以去除残留碳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉参考本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年3月8日提交的美国临时申请系列第61/775,027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。
技术介绍

本文一般地涉及烧制生坯陶瓷体，更具体地，涉及烧制堇青石生坯陶瓷体。技术背景陶瓷过滤器，特别是大锋面过滤器，包含应该在烧制过程中取出的有机原材料。例如，粘合剂(甲基纤维素、聚乙烯醇等)、润滑剂、分散剂、成孔剂(淀粉、石墨和其他聚合物)中可能含有此类有机材料。可以在存在氧的情况下，在高于这些材料的闪点的温度下，烧掉它们。部分此类材料还作为挥发性有机化合物(VOC)去除，在窑和/或后处理设备(例如热氧化器)中烧掉它们。这些材料的分解和/或氧化通常释放热，并且通常影响材料的收缩或生长，这可能导致应力并最终引起开裂。当加热到低于600℃的温度时，用于大型或重型陶瓷体的常规烧制过程依赖于具有低加热速率(例如，4-8℃/小时)的烧制循环。这些低加热速率允许逐渐且完全地去除有机原材料，从而降低陶瓷材料中的应力。但是，通过使用这些低加热速率，延长了烧制循环，其可能需要130小时来将生坯陶瓷体加热到600℃，作为结果，整个烧制循环可能需要140-198小时。因此，存在对于具有增加的加热速率的烧制循环的需求，特别是加热速率高至600℃，并且不引起陶瓷体中的开裂。
技术实现思路
根据一个实施方式，描述了一种在窑中烧制生坯蜂窝陶瓷体的方法，其可降低陶瓷体中开裂的可能性。方法可包括在四个阶段中加热生坯蜂窝陶瓷体。第一阶段可包括以第一加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从室温加热到第一温度，所述第一加热速率约为75-125℃/小时，所述第一温度约为250-650℃。第二阶段可包括以第二加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从第一温度加热到第二温度，所述第二加热速率小于或等于第一加热速率，所述第二温度约为650-950℃。第三阶段可包括以第三加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从第二温度加热到保持温度，所述第三加热速率小于或等于第一加热速率，所述保持温度大于第二温度。第四阶段可包括将生坯蜂窝陶瓷体保持在保持温度，以去除残留碳。在另一个实施方式中，描述了在窑中烧制生坯蜂窝陶瓷体的第二种方法。方法也可包括在四个阶段中加热生坯蜂窝陶瓷体。第一阶段可包括以第一加热速率将生坯蜂窝陶瓷体从室温加热到第一温度，所述第一加热速率约为100-125℃/小时，所述第一温度约为375-500℃。第二阶段可包括以第二加热速率将生坯蜂窝陶瓷体加热到第二温度，所述第二加热速率约为20-75℃/小时，所述第二温度约为750-800℃。第三阶段可包括以第三加热速率将生坯蜂窝陶瓷体加热到保持温度，所述第三加热速率小于或等于第二加热速率，所述保持温度约为950-1100℃。第四阶段可包括将生坯蜂窝陶瓷体保持在保持温度，以去除残留碳。在上文所述的每个实施方式中，可以控制窑中的氧水平，以改善烧制循环的运行。在一些实施方式中，窑中存在的氧含量可以是环境水平或更高。在其他实施方式中，窑中存在的氧含量可以低于环境水平。在上文所述的每个实施方式中，可以在烧制过程中将蒸汽引入到窑中。在一些实施方式中，在烧制过程的各个阶段中引入到窑中的蒸汽量可以高至45体积％。在其他实施方式中，可以在烧制过程中的各个阶段期间没有将蒸汽引入到窑中。在以下详细描述中给出了本文的其他特征和优点，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专利技术而被认识。应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。附图说明图1显示根据本文的实施方式，对于不同尺寸的陶瓷体，四个阶段中的加热速率；图2显示根据本文的实施方式，在各个加热速率下，不同尺寸的陶瓷体的外表面和芯之间的温差；图3显示各种窑温度下的两个陶瓷体的应力，一个使用根据本文的实施方式的烧制循环，一个使用不根据本文的实施方式的烧制循环；图4显示烧制循环期间，氧的存在对于开裂的影响；以及图5显示烧制循环期间，蒸汽的存在对于开裂的影响。具体实施方式下面将详细参考用于烧制生坯蜂窝陶瓷体的烧制循环的实施方式。根据一些实施方式，烧制生坯蜂窝陶瓷体的方法包括：在窑中，在四个阶段中加热生坯蜂窝陶瓷体。在第一阶段中，可以将生坯蜂窝陶瓷体以第一加热速率从室温加热到第一温度。在第二阶段中，可以将生坯蜂窝陶瓷体以第二加热速率从第一温度加热到第二温度。在第三阶段中，可以将生坯蜂窝陶瓷体以第三加热速率从第二温度加热到第三温度。在第四阶段中，可以将生坯蜂窝陶瓷体在恒定的温度保持一段时间，其足以从生坯蜂窝陶瓷体去除残留碳。第一、第二和第三加热速率可以相同或不同。在一些实施方式中，可以取决于正在进行加热的陶瓷体的尺寸、窑中存在的氧含量以及窑中存在的蒸汽量，来改变第一、第二和第三加热速率。在一些实施方式中，陶瓷体的堇青石可以是堇青石型相，其近似为化学计量Mg2Al4Si5O18，(25-800℃的)热膨胀系数大于4×10-7/℃且小于13×10-7/℃，透过性和孔尺寸分布满足如下关系：2.108(透过性)+18.511(总孔体积)+0.1863(4至40微米的孔所占的总孔体积的百分比)>24.6，参见例如美国专利第6,541,407号所述，其全文通过引用结合入本文。但是，应理解的是，本文所揭示的方法的实施方式可用于烧制任意陶瓷材料。在一些实施方式中，堇青石组合物可具有超添加有机负载，约为5-50％，或者甚至约为5-30％。在一些实施方式中，堇青石组合物可具有超添加有机负载，约为5-15％，或者甚至约为7-12重量％。在其他实施方式中，堇青石组合物可具有约为9-10重量％的超添加有机负载。在一些实施方式中，组合物可包含如下一种或多种：滑石、粘土或石墨，或其组合。在一些实施方式中，组合物可包含约占其15-50重量％的滑石。在一些实施方式中，组合物可包含约占其10-30重量％的粘土。在一些实施方式中，组合物可包含作为其超添加的高至约20％的石墨。形成的陶瓷体的孔隙度没有特别的限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在窑中烧制生坯蜂窝陶瓷体的方法，所述方法包括：a)以第一加热速率将所述生坯蜂窝陶瓷体从室温加热到第一温度，所述第一加热速率约为75‑125℃/小时，所述第一温度约为250‑650℃；b)以第二加热速率将所述生坯蜂窝陶瓷体从所述第一温度加热到第二温度，所述第二加热速率小于或等于所述第一加热速率，所述第二温度约为650‑950℃；c)以第三加热速率将所述生坯蜂窝陶瓷体从所述第二温度加热到保持温度，所述第三加热速率小于或等于所述第一加热速率，所述保持温度大于所述第二温度；以及d)将所述生坯蜂窝陶瓷体保持在所述保持温度，以去除残留碳，所述生坯蜂窝陶瓷体的直径约为9‑15英寸，纵横比约为0.50‑2.00。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.08 US 61/775,0271.一种用于在窑中烧制生坯蜂窝陶瓷体的方法，所述方法包括：
a)以第一加热速率将所述生坯蜂窝陶瓷体从室温加热到第一温度，所述
第一加热速率约为75-125℃/小时，所述第一温度约为250-650℃；
b)以第二加热速率将所述生坯蜂窝陶瓷体从所述第一温度加热到第二温
度，所述第二加热速率小于或等于所述第一加热速率，所述第二温度约为
650-950℃；
c)以第三加热速率将所述生坯蜂窝陶瓷体从所述第二温度加热到保持温
度，所述第三加热速率小于或等于所述第一加热速率，所述保持温度大于所述
第二温度；以及
d)将所述生坯蜂窝陶瓷体保持在所述保持温度，以去除残留碳，
所述生坯蜂窝陶瓷体的直径约为9-15英寸，纵横比约为0.50-2.00。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一加热速率约为125℃/
小时。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一加热速率约为75℃/
小时。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二加热速率
约为10-125℃/小时。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第三加热速率
约为20-100℃/小时。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三加热速率约为20-90℃/
小时。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述生坯蜂窝陶

\t瓷体在所述保持温度保持约为0-20小时的保持时间。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，所述方法还包括将步骤a)和步
骤b)中的氧水平调节至约占窑气氛的4-15体积％。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，所述方法还包括将步骤c)和步
骤d)中的氧水平调节至约占窑气氛的5-13体积％。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)、步骤
c)和步骤d)中的氧水平高于步骤a)中的氧水平。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述生坯蜂窝
陶瓷体的直径大于约12英寸。
12.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述生坯蜂窝
陶瓷体是圆柱体，并且直径约为12英寸且长度约为11英寸，所述第二加热速
率约为50-125℃/小时。
13.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述生坯蜂窝
陶瓷体是圆柱体，并且直径约为13英寸且长度约为12英寸，所述第二加热速
率约为30-75℃/小时。
14.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述生坯蜂窝
陶瓷体是圆柱体，并且直径约为13英寸且长度约为17英寸，所述第二加热速
率约为30-60℃/小时。
15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，所述方法还包括在步骤a)
至步骤d)中将蒸汽引入到所述窑内，在步骤a)至步骤c)期间，存在的蒸汽
量约为窑气氛的30体积％或更少。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，形成了堇青石

...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·比尔，D·J·布朗芬布伦纳，M·K·费伯，S·R·艾耶，P·D·特泊谢，D·R·温，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US