制造陶瓷制品的方法和制造的陶瓷制品技术

制造陶瓷制品的方法，该方法包括提供包含以下组分的批料：（１）包含滑石、氧化铝和二氧化硅的无机原料的混合物，（２）包含水溶性有机粘结剂和具有高长径比以及大表面积的纤维状硅酸盐矿物的粘结剂，（３）极性溶剂；混合批料组分，形成均相增塑体；将增塑体成形为生坯体，该生坯体具有提高的强度；通过加热到一定温度并保持一定时间烧结该生坯体，使生坯体发生转化并充分转化为煅烧陶瓷制品。

Method of making ceramic ware and ceramic product made thereby

Method for producing ceramic products, the method includes providing a batch contains the following components: (1) contains a mixture of talc, alumina and silica inorganic raw materials, (2) including a water-soluble organic binder and the binder with high aspect ratio and large surface area of fibrous silicate minerals, (3) pole solvent; mixed batch components, forming a homogeneous plastic body; the plastic body forming green body, the green body with improved strength; through the heated to a certain temperature and sintering the green body for a certain period of time, the green body and transformed into fully calcined ceramic products.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 专利
本专利技术总体上涉及由可模塑粉状混合物制造陶瓷制品的方法，所述混合物通过对无机颗粒原料与包含水溶性有机粘结剂及无机粘结剂的粘结剂体系以及作为溶剂的水进行混合形成。更具体地，所述方法涉及制造堇青石制品，该制品具有提高的强度，能够在烧结过程中抗碎裂和抗损伤。专利技术背景通常由挤塑方法形成的普通独块多孔陶瓷体，如能应用于催化转化炉、柴油机颗粒过滤器、电加热的催化剂和化学处理催化剂的堇青石蜂窝状基材，需要粘结剂和其他类似助剂进行适当处理。通常，粘结剂是有机材料，必须满足许多要求。例如，粘结剂必须与陶瓷材料相适应，以便形成在粘结剂中具有较高陶瓷材料含量的可流动的分散体。另外，通过使粘结剂中的陶瓷分散体成形而产生的“生坯”预成形体应当具有合理的强度，以便能够被搬运。为能按需要烧除粘结剂，粘结剂应当能够从成形的陶瓷件中除去，而不会导致陶瓷件变形或碎裂。另外，不含粘结剂的预成形体应当具有足够的强度，进行无缺陷的固结。满足这些要求的粘结剂配方十分复杂，而且本领域已知有大量不同粘结剂配方。形成堇青石的批料中一般采用水溶性纤维素醚的粘结剂。用这些粘结剂，结果可以得到具有良好“湿”强度和良好的尺寸及形状完整性的成形生坯体。“湿”强度用来描述生坯体在挤塑之后但在干燥之前的强度。“生坯”强度指生坯体在干燥之后但在煅烧之前的强度。在100-600℃温度范围，更具体地在约300℃能烧除的纤维素醚粘结剂，在除去时很容易导致陶瓷件变形或破裂。在煅烧过程中除去有机组分涉及一系列同时发生的反应，这些反应相当复杂，例如，包括氧化、挥发和热降解。因此，处理含有机粘结剂的增塑混合物的主要障碍是，后面形成的陶瓷制品的生坯在煅烧时会产生裂纹，尤其是在具有薄壁的蜂窝结构中。碎裂是在除去大量有机物的过程中产生内应力的结果，该过程使坯体内部产生过高的温度或压力梯度。因此，在煅烧过程中必须考虑采取特殊措施，以避免陶瓷体产生裂纹。例如，采用长煅烧周期、专门设计的窑炉以及类似措施，以控制有机粘结剂的烧除，降低热应力、收缩差异和高发碎裂频率。不过，这些方法需要昂贵的复杂设备，增加了煅烧和制造成本。考虑到本领域碰到的前述问题，仍然需要一种以成本经济和高效的方式制造陶瓷制品，特别是堇青石陶瓷体的方法，所得陶瓷体具有提高的强度，在烧结过程中能够抵抗在陶瓷体内产生的热应力和收缩，从而使这些制品在煅烧后几乎没有裂纹和缺陷。专利技术概述本专利技术是通过提供包含粉末无机原料、粘结剂和溶剂的批料来制造陶瓷制品的方法。所述粘结剂包含诸如纤维素醚粘结剂的水溶性有机粘结剂和纤维状硅酸盐矿物。纤维状硅酸盐材料优选具有高长径比(aspect)(优选高于500)并有大表面积(优选大于100平方米/克)。纤维状硅酸盐材料优选进一步具有1-2微米中值粒径的特征。所述批料还包含极性溶剂。例如，一种合适的极性溶剂是水。在一个实施方式中，无机粉末材料是形成堇青石原料的混合物，包括二氧化硅、滑石和氧化铝，任选包含粘土和形成堇青石的其他原料，每种原料以有效量存在，能够与其他批料组分组合，形成主相是堇青石的煅烧陶瓷制品，该制品的。将批料组分混合在一起，形成均相增塑体，然后成形为生坯体。成形过程可采用本领域已知的任何方法进行。在一个实施方式中，生坯体是独块蜂窝体。为形成这种结构，优选将增塑体从蜂窝体模具中挤出。最后，将生坯体烧结到一定温度保持一定时间，使生坯体发生转化，并充分转化为煅烧的陶瓷制品。已经发现，通过使用有机和无机组分作为粘结剂，所述类型的陶瓷制品可以煅烧得更快，且裂纹更少或没有裂纹。特别地，生坯体在300-900℃的温度区间提高了强度，因此在后面的烧结过程中，更能抗碎裂和破损，不容易产生裂纹和破损。无机组分，优选为纤维状硅酸盐矿物的优选用量为2-10％，以在300-900℃的温度区间提供提高的强度。一种优选的纤维状硅酸盐矿物是绿坡缕石粘土。此外，当用少量(例如1-3％)的有机和无机组分作粘结剂时，该结构的煅烧强度可得到提高。本专利技术另一方面提供一种陶瓷制品，该陶瓷制品包含堇青石的主相，其组成以氧化物基准表示，为33-41％氧化铝、46-53％二氧化硅和11-17％氧化镁，其中所述制品由包含以下组分的批料制造包含滑石、氧化铝和二氧化硅的无机原料混合物；包含水溶性有机粘结剂和长径比大于500、表面积大于100平方米/克的纤维状硅酸盐矿物的粘结剂；极性溶剂。附图简述在阅读后面的详细描述时结合考虑以下附图，将能完整地理解本专利技术图1所示为挤塑形成的不含绿坡缕石粘土的堇青石生坯样品的收缩率与温度(最高至800℃)的关系图。图2所示为挤塑形成的含5重量％绿坡缕石粘土的堇青石生坯样品的收缩率与温度(最高至800℃)的关系图。专利技术详述本专利技术适用于对陶瓷粉末加工，用来由可模塑批料制造成形制品，所述批料包含无机原料、粘结剂和溶剂。然而，本专利技术特别适用于形成包含堇青石和/或富铝红柱石的陶瓷制品。这种陶瓷制品的例子包括2-60％富铝红柱石和30-97％堇青石的混合物，还允许包含其他相，其含量通常最多达10重量％。特别适合在本专利技术中用来形成堇青石的一些陶瓷批料组合物是美国专利6541407中揭示的那些，该专利被参考结合于此。煅烧后最终形成堇青石的陶瓷原料的一个实例如下(重量百分比，总计100重量％)33-41％氧化铝、46-53％二氧化硅和11-17％氧化镁。在批料组合物中采用的无机原料可以是合成制得的原料，如氧化物、氢氧化物等，也可以是天然原料，如粘土、滑石，还可以是它们的组合。本专利技术不限于粉末或原料的类型，它们可根据陶瓷体所需的性质进行选择。适合形成含堇青石的陶瓷制品的形成堇青石的无机陶瓷粉末原料可选自任何来源，优选包含高纯滑石、二氧化硅、氧化铝、粘土和能产生氧化镁的原料。优选原料是滑石、二氧化铝和氧化硅。滑石具有大于15微米(μm)但小于35微米的中值粒径(MPS)。它具有小片型形态，可促进低CTE的煅烧陶瓷制品。合适的滑石形态指数(即衡量滑石扁平程度(platiness)的指标)大于0.75，如美国专利第5141686号所进一步揭示的。许多合适种类的氧化铝都可用作氧化铝源，如α-氧化铝、γ-氧化铝、ρ-氧化铝、氢氧化铝、勃姆石和它们的混合物。氧化铝具有5-25微米的中值粒径。二氧化硅包括但不限于石英、方石英、非晶二氧化硅(如熔凝二氧化硅或溶胶-凝胶二氧化硅)、沸石、硅藻土和它们的组合。二氧化硅具有10-35微米的中值粒径。无机原料还任选包含粘土，如高岭土。本专利技术的粘结剂包含诸如纤维素醚粘结剂的水溶性有机粘结剂和无机组分。无机组分优选纤维状硅酸盐矿物。它优选具有高长径比(优选高于500)并有大表面积(优选大于100平方米/克)，其表面带有大量电荷且与极性溶剂(如水)具有强相互作用。纤维状硅酸盐矿物优选的另一个特征是具有1-2微米的中值粒径。对于形成堇青石的批料，合适的纤维状硅酸盐矿物是绿坡缕石粘土，它是水合硅铝酸镁粘土。绿坡缕石粘土中含有非常细的纤维状或针状颗粒，因而具有高长径比和大表面积。其长径比通常至少大于500。此材料的来源可以商品名Acti-gelTM208得自Active Materials Company，Hunt Valley，Maryland。为达到如前所述的坯体提高的强度，向批料中加入纤维状硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造陶瓷制品的方法，该方法包括：提供包含以下组分的批料：（１）包含滑石、氧化铝和二氧化硅的无机原料的混合物，（２）包含水溶性有机粘结剂和具有高长径比以及大表面积的纤维状硅酸盐矿物的粘结剂，（３）极性溶剂；混合批料组分，形成均 相增塑体；将增塑体成形为生坯体；通过加热到一定温度并保持一定时间烧结该生坯体，使生坯体发生转化并充分转化为煅烧的陶瓷制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-3 10/911,083的限制。权利要求1.制造陶瓷制品的方法，该方法包括提供包含以下组分的批料(1)包含滑石、氧化铝和二氧化硅的无机原料的混合物，(2)包含水溶性有机粘结剂和具有高长径比以及大表面积的纤维状硅酸盐矿物的粘结剂，(3)极性溶剂；混合批料组分，形成均相增塑体；将增塑体成形为生坯体；通过加热到一定温度并保持一定时间烧结该生坯体，使生坯体发生转化并充分转化为煅烧的陶瓷制品。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生坯体与不含纤维状硅酸盐矿物的类似生坯体相比，在300-900℃的温度区间具有提高的强度，在烧结过程中抗碎裂。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷制品与不含纤维状硅酸盐矿物的类似陶瓷体相比，烧结后提高了最终强度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机原料以有效量存在，它们能与其他批料组分一起产生主相为堇青石的煅烧陶瓷制品。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机粘结剂是纤维素醚粘结剂。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，纤维素醚粘结剂是甲基纤维素粘结剂。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述甲基纤维素粘结剂以2.5-10重量％超添加量加入。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述甲基纤维素粘结剂以2.5-5重量％超添加量加入。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维状硅酸盐矿物是绿坡缕石粘土。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维状硅酸盐矿物以2-10重量％的量加入。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述纤维状硅酸盐矿物以5-10重量％的量加入。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维状硅酸盐矿物以1-3重量％的量加入。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述批料包含其他任选有机和无机组分，用作加工助剂。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述批料包含表面活性剂和成孔剂。15.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：DM比尔，IM彼德森，DJ汤普森，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]