CN105906367A - 一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮及制备方法 - Google Patents

一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮及制备方法，所述外皮，包括，堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素、硬质酸钠、陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水。所述制备方法，包括以下步骤：按比例称取堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素和硬质酸钠，混合均匀得到堇青石干粉；按照比例称取陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水，混合均匀得到助剂；将上述堇青石干粉与上述助剂进行混合制成外皮泥料；将上述外皮泥料刮涂在堇青石蜂窝陶瓷表面；将上述堇青石蜂窝陶瓷进行干燥，在堇青石蜂窝陶瓷表面形成具有免烧高硬度的外皮。本发明的制备方法，外皮无需烧结，节约成本、人力，所制备的外皮具有较高的硬度，外皮封闭性好，催化剂涂覆过程中不会开裂或脱落。

Description

一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮及制备方法
技术领域
本发明涉及堇青石蜂窝陶瓷领域，尤其涉及一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮及制备方法。
背景技术
随着人们的环保意识的日益提高，以及化石燃料的枯竭和汽油价格的上涨，由于柴油机较好的动力以及燃油经济性，柴油机在得到普遍发展，而柴油机尾气净化的后处理***中的大尺寸（Φ＞150mm）蜂窝陶瓷必不可少，而对于大尺寸堇青石蜂窝陶瓷，一次成型很难保证其直径公差在2mm以内，因此需要对烧制成型的堇青石蜂窝陶瓷按照尺寸要求进行外圆磨，再在磨好外圆的蜂窝表面刮涂一层外皮，保证大尺寸堇青石蜂窝陶瓷公差缩小至1.5mm内的同时还能使其具有较好的外观，同时使得所生产的堇青石蜂窝陶瓷表面具有较高强度减轻或阻止侧面漏气。
目前市场上的堇青石蜂窝陶瓷的外皮分为烧制和免烧两种类型。烧制的外皮是在外圆磨后刮涂一层外皮泥，再经过800-1200℃的二次烧制，从而得到具有较高硬度的堇青石外皮。 此种方法制备的堇青石蜂窝陶瓷外皮具有较高的强度，但是由于需要2次烧结，使得产品的成本大大提高。另外一种是免烧型外皮，此种外皮是将与蜂窝陶瓷材质相同或相近的具有较好可塑性的外皮泥刮涂在磨好外圆的蜂窝陶瓷表面，在较低温度下干燥（200℃以内），干燥后得到具有较高强度的堇青石蜂窝陶瓷外皮。此种方法是市场上使用较为普遍的一种外皮制备方法。免烧堇青石蜂窝陶瓷外皮常用的硬化剂为硅溶胶，硅溶胶在失水过程后产生的纳米级二氧化硅会通过硅氧键形成一定的网状结构，从而起到增加外皮泥强度的作用。但是硅溶胶所形成的网络增强作用有限，市场上此类产品仍存在浸水易剥落、难以通过500℃及以上的热冲击等问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮及制备方法，通过在使用硅溶胶作为硬化剂的同时，向其中添加一定量的陶瓷纤维能够增强外皮泥的强度同时改善其抗热冲击性能。使其能够通过500-650℃的热冲击。
为实现上述目的，本发明提供的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，堇青石干粉及助剂，其中，
所述堇青石干粉，包括：堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素，以及硬质酸钠；所述堇青石粉的粒径范围为30-75μm、所述堇青石蜂窝陶瓷粉的粒径范围为10μm-45μm；或所述堇青石粉的粒径范围为10μm-45μm、所述堇青石蜂窝陶瓷粉的粒径范围为30-75μm。
进一步地，所述助剂，包括：陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水。
进一步地，所述堇青石粉为堇青石蜂窝陶瓷粉。
进一步地，所述堇青石粉为50-150重量份、堇青石蜂窝陶瓷粉为50-150重量份、纤维素为0.1-3重量份、硬质酸钠0-5重量份。
进一步地，陶瓷纤维1-50重量份、纤维分散剂为0.1-10重量份、硅溶胶50-150重量份和水50-150重量份。
进一步地，所述陶瓷纤维为硅酸铝纤维、玻璃纤维、海泡石中的一种或多种。
进一步地，所述陶瓷纤维分散剂为月桂酸钾溶液、硬质酸钠、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种。
更进一步地，所述硅溶胶，其含固量为30-40%。
为实现上述目的，本发明提供的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮制备方法，包括以下步骤：
1）按比例称取堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素和硬质酸钠，混合均匀得到堇青石干粉；
2）按照比例称取陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水，混合均匀得到助剂；
3）将上述堇青石干粉与上述助剂进行混合制成外皮泥料；
4）将上述外皮泥料刮涂在堇青石蜂窝陶瓷表面；
5）将上述堇青石蜂窝陶瓷进行干燥，在堇青石蜂窝陶瓷表面形成具有免烧高硬度的外皮。
进一步地，所述步骤5）将上述堇青石蜂窝陶瓷进行干燥，是在室温下干燥12h-24h或在烘干设备中按照每小时5-50℃的升温程序逐步提高温度至70-150℃，保温2-10h。
采用本发明的制备方法无需烧结，节约成本、人力，所制备的堇青石蜂窝陶瓷外皮具有较高的硬度，可以通过500-650℃的热冲击，外皮封闭性好，催化剂涂覆过程中不会开裂或脱落。
由于本发明实施例主料采用堇青石蜂窝陶瓷自身制得的堇青石粉，因此本发明的技术方案既适用于催化剂载体（SCR\DOC）也适用于柴油机微粒捕集器（DPF\POC），同时可适用于不同热膨胀系数的堇青石蜂窝陶瓷。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括堇青石干粉及助剂，其中，
堇青石干粉包括如下原料：堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素，以及硬质酸钠。
助剂包括如下原料：陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶，和水。
实施例1
本实施例的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，30μm粒径的堇青石粉80重量份、15μm粒径的堇青石蜂窝陶瓷粉120重量份、纤维素1.5重量份、硬质酸钠5重量份、陶瓷纤维20重量份、纤维分散剂0.5重量份、30%含固量的硅溶胶110重量份、水60重量份。
实施例2
本实施例的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，10μm粒径的堇青石粉50重量份、40μm粒径的堇青石蜂窝陶瓷粉250重量份、纤维素1重量份、硬质酸钠1重量份、陶瓷纤维30重量份、纤维分散剂2重量份、32%含固量的硅溶胶120重量份、水50重量份。
实施例3
本实施例的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，70μm粒径的堇青石粉100重量份、45μm粒径的 堇青石蜂窝陶瓷粉100重量份、纤维素1.3重量份、硬质酸钠1重量份、陶瓷纤维20重量份、纤维分散剂0.5重量份、32%含固量的硅溶胶110重量份、水60重量份。
实施例4
本实施例的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，30μm粒径的堇青石粉250重量份、75μm粒径的堇青石蜂窝陶瓷粉50重量份、纤维素1.5重量份、硬质酸钠0.5重量份、陶瓷纤维50重量份、纤维分散剂10重量份、33%含固量的硅溶胶100重量份、水70重量份。
实施例5
本实施例的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，40μm粒径的堇青石蜂窝陶瓷粉120重量份、20μm粒径的堇青石蜂窝陶瓷粉90重量份、纤维素0.1重量份、硬质酸钠1.5重量份、陶瓷纤维25重量份、纤维分散剂5重量份、37%含固量的硅溶胶60重量份、水110重量份。
实施例6
本实施例的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，40μm粒径的堇青石粉90重量份、20μm粒径的堇青石粉120重量份、纤维素5重量份、硬质酸钠0重量份、陶瓷纤维5重量份、纤维分散剂0.1重量份、40%含固量的硅溶胶100重量份、水60重量份。
在上述实施例中，所添加的堇青石蜂窝陶瓷粉为需要做皮的堇青石蜂窝陶瓷所制得的粉末；堇青石粉为外购堇青石粉或堇青石蜂窝陶瓷粉，为需要做皮的堇青石蜂窝陶瓷所制得的粉末。
所使用的陶瓷纤维为硅酸铝纤维、玻璃纤维、海泡石中的一种或多种组合。
所使用的陶瓷纤维分散剂是指能够将团聚的陶瓷纤维分散开的物质，本发明使用的陶瓷纤维分散剂为：聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、硬质酸钠、月硅酸钾等中的一种或多种组合，其中优选含有聚氧化乙烯和月桂酸钾溶液。
所使用的硅溶胶的含固量优选30%-40%，根据含固量的不同，调整添加量在50-150份重量。
下面，将对本发明的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮制备方法进行详细描述。
（1）按照比例称取堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素和硬质酸钠，混合后充分搅拌，混合均匀得到堇青石干粉；
（2）按照比例称取陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水，混合后充分搅拌，混合均匀得到助剂；
（3）将上述堇青石干粉与上述助剂进行混合，充分搅拌制成所需外皮泥料；
（4）将制备好的外皮泥料均匀刮涂在堇青石蜂窝陶瓷表面；
（5）将上述均匀涂刮过外皮的蜂窝陶瓷干燥12-24小时，干燥方式可以是室温下自然干燥或使用干燥设备在不高于150℃的环境下逐渐升温干燥；
（6）经过充分干燥后，在堇青石蜂窝陶瓷表面形成具有免烧高硬度的外皮。
干燥实施例1
将刮涂好外皮的堇青石蜂窝陶瓷放置于干燥架上，使其在是室温下自然干燥12h。
干燥实施例2
将刮涂好外皮的堇青石蜂窝陶瓷放置于干燥架上，使其在是室温下自然干燥24h。
干燥实施例3
将刮涂好外皮的堇青石蜂窝陶瓷放置于干燥架上，放于烘干设备中按照以下按照每小时10℃的升温程序逐步提高温度至150℃，100℃保温2h至外皮烘干。
干燥实施例4
将刮涂好外皮的堇青石蜂窝陶瓷放置于干燥架上，放于烘干设备中按照以下按照每小时50℃的升温程序逐步提高温度至100℃，100℃保温5h至外皮烘干。
干燥实施例5
将刮涂好外皮的堇青石蜂窝陶瓷放置于干燥架上，放于烘干设备中按照以下按照每小时5℃的升温程序逐步提高温度至70℃，100℃保温10h至外皮烘干。
本发明提供的免烧具有较高硬度的堇青石蜂窝陶瓷外皮，能够适用于不同热膨胀系数和不同用途的堇青石蜂窝陶瓷。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，包括，堇青石干粉及助剂，其特征在于，所述堇青石干粉，包括，堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素，以及硬质酸钠；所述助剂，包括，陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水。
2.根据权利要求1所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，所述堇青石粉的粒径范围为30-75μm、所述堇青石蜂窝陶瓷粉的粒径范围为10μm-45μm；或所述堇青石粉的粒径范围为10μm-45μm、所述堇青石蜂窝陶瓷粉的粒径范围为30-75μm。
3.根据权利要求1所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，所述堇青石粉为堇青石蜂窝陶瓷粉。
4.根据权利要求1所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，所述堇青石粉为50-150重量份、堇青石蜂窝陶瓷粉为50-150重量份、纤维素为0.1-3重量份、硬质酸钠0-5重量份。
5.根据权利要求1所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，陶瓷纤维1-50重量份、纤维分散剂为0.1-10重量份、硅溶胶50-150重量份和水50-150重量份。
6.根据权利要求1或5所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，所述陶瓷纤维为硅酸铝纤维、玻璃纤维、海泡石中的一种或多种。
7.根据权利要求1或5所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，所述陶瓷纤维分散剂为月桂酸钾溶液、硬质酸钠、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种。
8.根据权利要求1或5所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮，其特征在于，所述硅溶胶，其含固量为30-40%。
9.一种免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按比例称取堇青石粉、堇青石蜂窝陶瓷粉、纤维素和硬质酸钠，混合均匀得到堇青石干粉；
2）按照比例称取陶瓷纤维、纤维分散剂、硅溶胶和水，混合均匀得到助剂；
3）将上述堇青石干粉与上述助剂进行混合制成外皮泥料；
4）将上述外皮泥料刮涂在堇青石蜂窝陶瓷表面；
5）将上述堇青石蜂窝陶瓷进行干燥，在堇青石蜂窝陶瓷表面形成具有免烧高硬度的外皮。
10.根据权利要求9所述的免烧高硬度堇青石蜂窝陶瓷外皮制备方法，其特征在于，所述步骤5）将上述堇青石蜂窝陶瓷进行干燥，是在室温下干燥12h-24h或在烘干设备中按照每小时5-50℃的升温程序逐步提高温度至70-150℃，保温2-10h。
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