一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，由多级球硅粉末、有机粘结剂、无机粘结剂、陶瓷纤维、去离子水制成，多级球硅粉末由A级球硅粉末、B级球硅粉末、C级球硅粉末、D级球硅粉末组成，其中A级球硅粉末的D50为96‑104μm，B级球硅粉末的D50为57‑65μm、C级球硅粉末的D50为32‑36μm、D级球硅粉末的D50为11‑15μm，多级球硅粉末中，A级球硅粉末所占质量分数为45‑55％，B级球硅粉末所占质量分数为15‑25％，C级球硅粉末所占质量分数为8‑12％，D级球硅粉末所占质量分数为18‑24％。本发明专利技术使用球硅为无机填料，球硅本身热膨胀系数比较低，与低热膨胀蜂窝陶瓷体匹配性更好，在热冲击过程中，其膨胀行为一致，不容易开裂。

【技术实现步骤摘要】
一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料及其制备方法
本专利技术涉及蜂窝陶瓷材料领域，尤其是涉及一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，内燃机尾气成为空气污染的主要污染源之一。内燃机尾气中含有CO、NOx和HC等，具有强烈的刺激性气味及致病作用。内燃机尾气后处理系统作为解决尾气污染的主要处理措施，在全球的汽车市场被广泛采用。在内燃机尾气后处理系统中，蜂窝陶瓷体用于承载涂覆催化剂或捕捉颗粒物。随着尾气排放标准的逐渐提高，对蜂窝陶瓷体的比表面积、使用温度提出更苛刻要求，蜂窝陶瓷体逐渐向高孔密度、薄壁化、高孔隙率发展，同时需要具有低热膨胀系数和优良的抗热冲击性使蜂窝陶瓷体耐受更苛刻的温度变化的特点。蜂窝陶瓷体高孔密度、薄壁化、高孔隙率导致蜂窝陶瓷体本身机械性能下降，致使蜂窝陶瓷体受到较弱的冲击就出现龟裂、破损等现象，使其丧失作为催化剂载体或颗粒捕集器的基本功能。另外，用于内燃机尾气处理用蜂窝陶瓷体具有严格的尺寸要求，但是蜂窝陶瓷体具有不可预测的干燥及烧结收缩率。因此，为了消除以上不良影响，可将陶瓷泥浆施涂于经过机械加工的具有精确尺寸的蜂窝陶瓷体外圆侧面上，固化形成蜂窝陶瓷体外周涂层材料，由此制备所得的具有严经格尺寸要求的蜂窝陶瓷载体进入催化剂厂家等下游厂家进行后续加工处理。目前，蜂窝陶瓷体的外周涂层材料一般是采用堇青石粉、二氧化硅粉为无机填料，形成陶瓷泥浆后涂布于蜂窝陶瓷体外周面。例如CN1901989A采用一种或两种粉状堇青石为无机填料，采用硅溶胶和甲基纤维素为粘结剂，CN103339088A则采用二氧化硅粉为无机填料，采用硅溶胶为粘结剂、无机纤维为增强剂，形成陶瓷泥浆后涂布于通过挤压成型而形成的陶瓷制的蜂窝结构体的外周面，形成外周涂层。现有制备方法的蜂窝陶瓷体外周涂层材料的强度低，在使用过程中经过长期振动，容易开裂。另外现有方法制备的外周涂层材料热膨胀系数高，与低热膨胀蜂窝陶瓷体热膨胀系数不匹配，抗热冲击性能较差，在高温差800-1000℃使用时(加热冷却循环时)，因膨胀量不一致，容易使蜂窝体发生开裂，导致蜂窝陶瓷体不能发挥作为催化剂载体或颗粒捕集器的基本功能。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种具有低热膨胀系数、高强度、高抗热冲击性的蜂窝陶瓷体外周涂层材料及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，由多级球硅粉末、有机粘结剂、无机粘结剂、陶瓷纤维、去离子水制成，所述多级球硅粉末由A级球硅粉末、B级球硅粉末、C级球硅粉末、D级球硅粉末组成，其中A级球硅粉末的D50为96-104μm，B级球硅粉末的D50为57-65μm、C级球硅粉末的D50为32-36μm、D级球硅粉末的D50为11-15μm，所述多级球硅粉末中，A级球硅粉末所占质量分数为45-55％，B级球硅粉末所占质量分数为15-25％，C级球硅粉末所占质量分数为8-12％，D级球硅粉末所占质量分数为18-24％。具体地，所述有机粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素中的1种或2种以上的组合。具体地，所述有机粘结剂加入质量为多级球硅粉末质量的0.3-1.5％，优选为0.5-1％。具体地，所述无机粘结剂为硅溶胶或铝溶胶中的至少一种。具体地，所述无机粘结剂加入质量为多级球硅粉末质量的25-42％，优选为30-38％。具体地，所述陶瓷纤维为石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、含锆纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维中的任意1种或两种以上组合。具体地，所述陶瓷纤维的平均长度为5-100μm，优选为15-90μm，所述陶瓷纤维的加入质量为多级球硅粉末质量的3-25％，优选为3-12％。具体地，所述去离子水加入质量为多级球硅粉末质量的3-12％，优选为5-10％。本专利技术还提供一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料的制备方法，包括以下操作步骤：(1)将A级球硅粉末、B级球硅粉末、C级球硅粉末、D级球硅粉末混合后以500-600r/min的转速搅拌均处理20-40min后，得到多级球硅混合粉料；(2)将多级球硅混合粉料与有机粘结剂和陶瓷纤维混合后以500-600r/min的转速搅拌处理50-70min得到无机混合粉料；(3)将无机粘结剂和去离子水采用液体搅拌机混合搅拌得到混合液体料；(4)将步骤(2)所得无机混合粉料加入步骤(3)所得混合液体料中，1100-1300r/min高速搅拌10-14min，得到涂层材料；(5)将步骤(4)所得涂层材料在施涂于蜂窝陶瓷体外周，然后干燥后得到低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料。具体地，上述步骤(5)中，干燥处理时，干燥的温度为20-30℃，干燥处理的时间为48-96小时。由以上的技术方案可知，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术使用球硅为无机填料，球硅本身热膨胀系数比较低，与低热膨胀蜂窝陶瓷体匹配性更好，在热冲击过程中，其膨胀行为一致，不容易开裂。另外，球硅形貌为球形如图2所示，球形颗粒的加入，使涂层材料在热冲击过程中微裂纹沿着球形颗粒扩展，增加了微裂纹延展的路径，不至于快速形成破坏性裂缝，相较于不规则形状的无机填料颗粒而言，其在热冲击下，更不容易开裂，具有更优良的抗热冲击性能，如图3所示；(2)本专利技术使用多级配球硅粉末，球形颗粒紧密堆积，形成致密的表层，强度高；(3)本专利技术使用球硅粉末为无机填料，球形颗粒使涂层泥浆具有较好的润滑性和流动性，涂布性能更好；(4)本专利技术的外周涂层材料在常温干燥即可获得优异的性能，无需焙烧，工艺简单、成本低。附图说明图1为低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料制备工艺流程图。图2为球硅SEM照片。图3为球硅的裂纹延展路径和不规则颗粒裂的纹延展路径示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术中所用原材料的D50指的是原材料的累积分布的中位粒径，采用激光衍射原理测定，使用的是欧美克的LS-609仪器。实施例1(1)按质量分数计，采用干法混合49％的D50为97μm的为球硅粉末A，15％的D50为62μm的球硅粉末B，12％的D50为34μm的球硅粉末C，24％的D50为13μm的球硅粉末D，混合时间0.5小时，得到多级球硅混合粉料；(2)相对于100重量份的多级球硅混合粉料，加入7重量份平均长度为55μm的莫来石纤维，0.8重量份的甲基纤维素，进行干粉混合，混合时间1小时；(3)相对于100重量份的多级球硅混合粉料，向液体搅拌机中加入35重量份的硅溶胶，5重量份的去离子水，进行液体料搅拌，搅拌转速555r/min，搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，由多级球硅粉末、有机粘结剂、无机粘结剂、陶瓷纤维、去离子水制成，/n所述多级球硅粉末由A级球硅粉末、B级球硅粉末、C级球硅粉末、D级球硅粉末组成，其中A级球硅粉末的D50为96-104μm，B级球硅粉末的D50为57-65μm、C级球硅粉末的D50为32-36μm、D级球硅粉末的D50为11-15μm，/n所述多级球硅粉末中，A级球硅粉末所占质量分数为45-55％，B级球硅粉末所占质量分数为15-25％，C级球硅粉末所占质量分数为8-12％，D级球硅粉末所占质量分数为18-24％。/n

【技术特征摘要】
1.一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，由多级球硅粉末、有机粘结剂、无机粘结剂、陶瓷纤维、去离子水制成，
所述多级球硅粉末由A级球硅粉末、B级球硅粉末、C级球硅粉末、D级球硅粉末组成，其中A级球硅粉末的D50为96-104μm，B级球硅粉末的D50为57-65μm、C级球硅粉末的D50为32-36μm、D级球硅粉末的D50为11-15μm，
所述多级球硅粉末中，A级球硅粉末所占质量分数为45-55％，B级球硅粉末所占质量分数为15-25％，C级球硅粉末所占质量分数为8-12％，D级球硅粉末所占质量分数为18-24％。


2.根据权利要求1所述的一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，所述有机粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素中的1种或2种以上的组合。


3.根据权利要求1所述的一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，所述有机粘结剂加入质量为多级球硅粉末质量的0.3-1.5％，优选为0.5-1％。


4.根据权利要求1所述的一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，所述无机粘结剂为硅溶胶或铝溶胶中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，所述无机粘结剂加入质量为多级球硅粉末质量的25-42％，优选为30-38％。


6.根据权利要求1所述的一种低热膨胀蜂窝陶瓷体外周涂层材料，其特征在于，所述陶瓷纤维为石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、硅酸镁纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝立苗，潘吉庆，刘洪月，黄妃慧，张兆合，牛思浔，程国园，邢延岭，王勇伟，
申请(专利权)人：山东奥福环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37