一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体，堇青石蜂窝陶瓷载体中堇青石晶相含量＞90％，堇青石蜂窝陶瓷载体的中值孔径≥4.3μm，孔隙率≥32.7％，热膨胀系数≤0.35×10‑6/℃，A轴抗压≥5.5MPa。本发明专利技术还公开了陶瓷载体的制备方法，包括如下步骤：(1)将无机物料与有机粘结剂干混均匀，得干混物料；(2)在干混物料中加入表面活性剂、润滑剂以及分散剂，湿混，得具有塑性的颗粒；(3)将塑性的颗粒除去杂质后，在抽真空状态下连续挤出；(4)将挤出成型后的半成品采用微波处理，同时进行吸风干燥，切割，烧结后，得蜂窝陶瓷载体。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体及其制备方法
本专利技术涉及一种车用堇青石蜂窝陶瓷体及其制备方法，具体地，涉及到一种薄壁，大孔径，低膨胀，高强度，且烧成合格率高，利于催化剂涂覆的车用堇青石制品及其制备方法。
技术介绍
近年来汽车行业的排放法规不断升级，对污染物排放限制越来越严格，要求后处理系统必须对气态污染物氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)具有更高的低温转化效率。为获得良好的低温转化能力，需要使用壁厚4mil、3mil、2mil比热容更低的薄壁蜂窝陶瓷载体。生产薄壁蜂窝陶瓷载体产品需要降低原材料粒度，但粒度的降低，特别是滑石粒度的降低，会增加产品的热膨胀系数(CTE)(专利CN108178652A)，为此，在原材料中引入勃姆石，但由于勃姆石是亚微米甚至是纳米级的材料，会导致产品的收缩增加，孔径降低到1.5μm左右，如日本特表2001-524452公开的技术，这不利于催化剂的涂覆(通常，孔径≥3μm有利于催化剂涂覆)。因此为增加产品的孔径，专利CN100410206C中采用使用部分粗氧化铝代替勃姆石，同时提高高岭土的粒径的方法提高产品的孔径，产品孔径最大在4.3μm。专利CN102292309B中引入5-20％左右的造孔剂(玉米淀粉)继续增加产品的孔径，将中值孔径提高到更高的值，为2-10μm。但是通过引入造孔剂不仅会增加产品生产的成本，还会降低产品烧成的合格率，大尺寸的产品如直径≥10.5英寸，高度≥6英寸，甚至无法烧结。另外严苛的法规除了需要蜂窝陶瓷载体有优良的涂覆性能，还需要蜂窝陶瓷载体具备较低的膨胀系数以应对极冷极热的环境，本公司在之前申请的专利CN108178652A中披露了一种特殊制法氢氧化铝(水解铝法)，粒径D50在0.2μm-4.0μm，利用该氢氧化铝可以起到降低产品的CTE，同时降低产品的微裂纹数量，制备出低CTE且强度较高，且成本低廉的堇青石蜂窝陶瓷制品的方法。但是该产品的孔径较小约2.5-3.0微米。
技术实现思路
本专利的目的是披露一种超薄壁、大孔径、低膨胀、高强度、高烧成合格率，且利于催化剂涂覆的车用堇青石蜂窝陶瓷的制备配方与制备工艺。该方法能在较低的生产成本下获得超薄壁(2-4mil)，大孔径(4-11μm)，低膨胀(≤0.35×10-6/℃)，高强度(A轴抗压≥5.5MPa)，且烧成合格率高(≥98.7％)的堇青石蜂窝陶瓷制品。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体，所述堇青石蜂窝陶瓷载体中堇青石晶相含量＞90％，按质量分数计，其化学成分组成为48.0-52.0％的SiO2，33.8-37.4％的Al2O3，13.0-15.5％的MgO，所述堇青石蜂窝陶瓷载体的中值孔径≥4.3μm，孔隙率≥32.7％，热膨胀系数≤0.35×10-6/℃，A轴抗压≥5.5MPa。进一步地，所述堇青石蜂窝陶瓷载体中堇青石晶相含量≥95％，按质量分数计，其化学成分组成为48.0-52.0％的SiO2，33.8-37.4％的Al2O3，13.0-15.5％的MgO，所述堇青石蜂窝陶瓷载体的中值孔径≥5.4μm，孔隙率至≥34.1％，热膨胀系数≤0.28×10-6/℃，A轴抗压≥8.1MPa。本专利技术还公开一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下操作步骤：(1)将无机物料与有机粘结剂干混均匀，得干混物料；无机物料按质量分数计包括41.0-43％滑石、3.0-21.9％中空二氧化硅、13.7-27.8％氧化铝、5.0-19.62％片状氢氧化铝、0-28.3％无机物煅烧高岭土、生高岭土0-14.0％；(2)在干混物料中加入表面活性剂、润滑剂以及分散剂，湿混，得具有塑性的颗粒；(3)将塑性的颗粒除去杂质后，在抽真空状态下连续挤出；(4)将挤出成型后的半成品采用微波处理，同时进行吸风干燥，切割，烧结后，得蜂窝陶瓷载体。该制备方法中的过筛采用的是湿法过筛，与传统的干法过筛相比，湿法过筛具有粉尘少，环保，低耗能，且效率高等优点；且该生产工艺中采用的是吸风干燥，吸风干燥避免了低沸点有机物大量挥发造成的环境污染，过程充分利用微波排气余热，降低了热能浪费，无微波到烘干干燥的工艺转接，有效控制了蜂窝陶瓷坯体降温到升温过程的能量消耗，工艺过程缩短，有利与生产效率的提高。进一步地，所述滑石中位粒径D50为≥14μm，最大粒径D100为≤60μm；所述中空二氧化硅的加入量，按质量分数计，优选为3.0-18.0％，中位粒径D50为≥16μm，最大粒径D100为≤60μm，堆积密度为≤0.6g/cm3，抗压强度为≥20MPa，所述中空二氧化硅模板法、喷雾干燥法、微乳液法中的任意一种方法制成；所述煅烧高岭土的加入量，按质量分数计，优选为5.9-22.7％，煅烧高岭土中位粒径D50为≥6μm，最大粒径D100为≤35μm；所述生高岭土的加入量，按质量分数计，优选为0-8.0％，中位粒径D50为≥14μm，最大粒径D100为≤60μm；所述氧化铝的加入量，按质量分数计，优选为16.2-23.9％，中位粒径D50为≥4μm，最大粒径D100为≤25μm；所述片状氢氧化铝的加入量，按质量分数计，优选为5.0-10.0％，D50为0.2-4.0μm，所述片状氢氧化铝采用水解铝法制得，具体操作为：采用液氮急速冷却的方法，在106-107K/S的极冷过程中，金属铝表面会产生大量的空位，错位及层错的缺陷，增加金属铝的活性，与水反应后，产生片状，高活性，高纯度，高表面积氢氧化铝，成品中钾、钠元素的总质量含量低于0.1％。进一步地，所述滑石中位粒径D50优选为≥16μm，最大粒径D100优选为≤50μm；所述中空二氧化硅的加入量，按质量分数计，更优选为6-15％，中位粒径D50优选为≥18μm，最大粒径D100优选为≤50μm，堆积密度优选为≤0.5g/cm3，抗压强度优选为≥30MPa，所述中空二氧化硅模板法、喷雾干燥法、微乳液法中的任意一种方法制成；所述煅烧高岭土中位粒径D50优选为≥8μm，最大粒径D100优选为≤30μm；所述生高岭土的加入量，按质量分数计，优选为0-8％，中位粒径D50为≥16μm，最大粒径D100为≤50μm；所述氧化铝中位粒径D50优选为≥6μm，最大粒径D100优选为≤20μm；所述片状氢氧化铝的D50优选为1.0-3.0μm。进一步地，所述有机粘结剂为甲基纤维素，羟丙基纤维素以及甲基纤维素衍生物中的任意一种或其组合；加入量为干混物料质量的1-10％，优选的加入量为干混物料质量的4-7％。进一步地，所述表面活性剂为硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸铝、月桂酸及油酸中的任意一种，加入量为干混物料质量的0.5-6％，优选为干混物料质量的1-3％。进一步地，所述润滑剂为植物油或矿物油中的任意一种，其加入量为干混物料质量的0.5-3％,优选加入量为干混物料质量的1-3％。进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述堇青石蜂窝陶瓷载体中堇青石晶相含量＞90％，按质量分数计，其化学成分组成为48.0-52.0％的SiO

【技术特征摘要】
1.一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述堇青石蜂窝陶瓷载体中堇青石晶相含量＞90％，按质量分数计，其化学成分组成为48.0-52.0％的SiO2，33.8-37.4％的Al2O3，13.0-15.5％的MgO，
所述堇青石蜂窝陶瓷载体的中值孔径≥4.3μm，孔隙率≥32.7％，热膨胀系数≤0.35×10-6/℃，A轴抗压≥5.5MPa。


2.根据权利要求1所述的一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体，其特征在于，所述堇青石蜂窝陶瓷载体中堇青石晶相含量≥95％，按质量分数计，其化学成分组成为48.0-52.0％的SiO2，33.8-37.4％的Al2O3，13.0-15.5％的MgO，
所述堇青石蜂窝陶瓷载体的中值孔径≥5.4μm，和/或孔隙率≥34.1％，和/或热膨胀系数≤0.28×10-6/℃，和/或A轴抗压≥8.1MPa。


3.一种如权利要求1所述的薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)将无机物料与有机粘结剂干混均匀，得干混物料；无机物料按质量分数计包括41.0-43％滑石、3.0-21.9％中空二氧化硅、13.7-27.8％氧化铝、5.0-19.62％片状氢氧化铝、0-28.3％无机物煅烧高岭土、生高岭土0-14.0％；
(2)在干混物料中加入表面活性剂、润滑剂以及分散剂，湿混，得具有塑性的颗粒；
(3)将塑性的颗粒除去杂质后，在抽真空状态下连续挤出；
(4)将挤出成型后的半成品采用微波处理，同时进行吸风干燥，切割，烧结后，得蜂窝陶瓷载体。


4.根据权利要求3所述的一种薄壁大孔径的堇青石蜂窝陶瓷载体的制备方法，其特征在于，
所述滑石中位粒径D50为≥14μm，最大粒径D100为≤60μm；
所述中空二氧化硅的加入量，按质量分数计，优选为3.0-18.0％，中位粒径D50为≥16μm，最大粒径D100为≤60μm，堆积密度为≤0.6g/cm3，抗压强度为≥20MPa，所述中空二氧化硅由模板法、喷雾干燥法、微乳液法中的任意一种方法制成；
所述煅烧高岭土的加入量，按质量分数计，优选为5.9-22.7％，煅烧高岭土中位粒径D50为≥6μm，最大粒径D100为≤35μm；
所述生高岭土的加入量，按质量分数计，优选为0-8.0％，中位粒径D50为≥14μm，最大粒径D100为≤60μm；
所述氧化铝的加入量，按质量分数计，优选为16.2-23.9％，中位粒径D50...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛思浔，潘吉庆，张兆合，黄妃慧，刘洪月，程国园，王勇伟，
申请(专利权)人：重庆奥福精细陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50