一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法，所述載體按重量百分含量包括如下原料：片狀氧化鋁20wt％-32wt％、氧化鎂4wt％-11wt％、電熔石英15wt％-45wt％、滑石7wt％-30wt％、高嶺土10wt％-35wt％，上述各原料含量之和為100％；所述載體還包含有機助劑和水；制備方法包括：以氧化鋁、氧化鎂、電熔石英、滑石和高嶺土為無機粉料，然后外加有機助劑和水，經混料、練泥、擠出、干燥、切割和燒成的工序即可。本發明得到的堇青石蜂窩陶瓷載體燒成收縮為零，燒成合格率高，生產成本低。
【專利說明】一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及催化劑載體【技術領域】，具體涉及一種堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法，尤其涉及一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法。
【背景技術】
[0002]氮氧化物NOx是光化學煙霧的前體物，是大氣灰霾的重要成因，機動車NOx排放在大氣中的高分擔率，成為重點控制的污染源。為滿足國家相關排放法規的要求，中重型機動車必須安裝氧化催化器D0C、選擇性催化還原SCR、氨逃逸催化器ASR或三效催化器TWC后處理部件，各種催化器均以大尺寸(直徑> 250mm)蜂窩陶瓷為催化劑載體。
[0003]目前此類堇青石蜂窩陶瓷載體多采用氧化鋁、滑石、生高嶺土為原料合成。
[0004]CN103396102A公開了一種基于液體添加劑的低膨脹系數堇青石蜂窩陶瓷的制備方法，該方法中主要原料組成為高純片狀高嶺土、高純板狀滑石粉和氧化鋁粉。利用該方法制成的堇青石蜂窩陶瓷存在著干燥收縮大、燒成收縮大、燒成開裂、成品率低等問題。
[0005]CN102424569A公開了一種抗熱震性薄壁堇青石蜂窩陶瓷及其制備方法，其采用的主要原料為雙峰α-氧化鋁微粉、滑石、片狀高嶺土、煅燒高嶺土和熔融石英。該方法制備得到的催化劑載體的膨脹系數仍比較大。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法，特別是一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體及其制備方法。本發明得到的堇青石蜂窩陶瓷載體具有干燥收縮小、零燒成收縮、燒成不開裂、合格率高的優點，大大降低了生產成本。
[0007]為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體，所述載體按重量百分含量包括如下原料:片狀氧化鋁20wt% -32wt%、氧化鎂4wt% -1 Iwt %、電熔石英15wt% -45wt%、滑石7wt% -30wt%、高嶺土 1wt% -35wt%，上述各原料含量之和為100%。
[0009]所述片狀氧化鋁的重量百分含量為20wt % -32wt %,例如可以是20wt %、20.17wt %,23.5wt %,24.55wt %,27.17wt %,29.30wt %,31.12wt %,32wt %,優選為20.17wt% -31.12wt%，更優選為 24.55wt%0
[0010]所述片狀氧化鋁的徑厚比為4-8:1，例如可以是4:1、4.2:1、4.6:1、5.4:1、6:1、
7.5:1,8:1 ;優選為4-6:1，更優選為6:1。
[0011]所述片狀氧化鋁的平均粒徑選自D90 = 8μπι-30μπι、D50 = 10 μ m_20 μ m或DlO=3 μ m-8 μ m,優選為 D50 = 10 μ m-20 μ m,更優選為 D50 = 15 μ m。
[0012]所述氧化鎂的重量百分含量為4wt% -1lwt %，例如可以是4wt%、4.1lwt %、
5.20wt % >6.85wt % >7.1lwt % >7.45wt % >8.0Owt % >10.56wt % >Ilwt %,優選為
4.1 Iwt % -10.56wt %,更優選為 6.85wt %。
[0013]所述氧化續的平均粒徑為D90 = 0.8 μ m-4.0 μ m、D50 = 0.6 μ m_2 μ m 或 DlO =0.2 μ m-0.8 μ m,優選為 D50 = 0.6 μ m_2 μ m,更優選為 D50 = 1.0 μ m。
[0014]所述電溶石英的重量百分含量為15wt % -45wt %，例如可以是15wt %、15.24wt %U6.64wt %Λ9.63wt %,21.36wt %,24.56wt %,25.40wt %,28.36wt
31.2Iwt % >35.69wt % >40.54wt % >45wt %，優選為 15.24wt % -40.54wt %,更優選為25.40wt%o
[0015]所述電熔石英的平均粒徑為D90 = 8 μ m-12 μ m、D50 = 4 μ m_6 μ m或DlO =
0.7 μ m-2 μ m,優選為 D50 = 4 μ m_6 μ m,更優選為 D50 = 5 μ m。
[0016]所述滑石的重量百分含量為7wt % -30wt %，例如可以是7wt %>7.65wt %、10.23wt%U3.54wt%,16.36wt%,19.37wt%,21.78wt%,23.25wt%,27.12wt%,30wt%,優選為 7.65wt % -27.12wt%,更優選為 19.37wt %。
[0017]所述滑石的平均粒徑為D50 = 4 μ m-15 μ m,優選為D50 = 6 μ m-15 μ m,更優選為D50 = 10 μ m。
[0018]所述高嶺土的重量百分含量為10wt% -35wt%,例如可以是10wt%、10.13wt%>
12.45wt%,13.85wt%,16.44wt%,21.65wt%,23.83wt%,28.36wt%,33.36wt%,35wt%,優選為 10.13wt % -33.36wt %，更優選為 23.83wt %。
[0019]所述高嶺 土的平均粒徑為D50 = 2 μ m_8 μ m,優選為D50 = 2 μ m_6 μ m,更優選為D50 = 4 μ m。
[0020]所述載體中還包含有機助劑和水；優選地，所述有機助劑的含量為4-8% (重量)，水的含量為33% -35% (重量)。
[0021]優選地，所述有機助劑為甲基纖維素、有機硅聚醚共聚物、豆油中的一種或至少兩種的組合。
[0022]優選地，所述有機硅聚醚共聚物為道康寧DC系列。
[0023]優選地，所述有機助劑中的甲基纖維素含量為4%-6% (重量)；所述有機硅聚醚共聚物含量為0.5 % -0.8 % (重量);所述豆油含量為I % (重量)。
[0024]所述載體的尺寸為Φ 330.2X 152.4mm400孔/平方英寸，堇青石含量為90-98%，室溫-800°C的熱膨脹系數為0.7-1.0X1(T6/°C，氣孔率30-42%、耐壓15_20MPa。
[0025]零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體的制備方法，具體步驟如下:將片狀氧化鋁、氧化鎂、電熔石英、滑石和高嶺土作為無機粉料混合，外加有機助劑和水，經充分干混、捏合、真空練泥，擠制成堇青石蜂窩陶瓷載體，干燥后，切割，燒制，并在燒制溫度下保溫，隨后冷卻到室溫即可。
[0026]所述燒制溫度為1415°C，所述保溫時間為8小時。
[0027]本發明的零燒成收縮主要是使用體密度大的氧化物如氧化鋁、氧化鎂、電熔石英合成體密度小的堇青石，由體密度大的物質轉化為體密度小的物質，必然伴隨著體積膨脹；同時使用滑石、生高嶺土等高溫燒成有收縮的原料，使得氧化物的體積膨脹和滑石、生高嶺土的體積收縮互相抵消，達到零燒成收縮。
[0028]本發明使用徑厚比大的片狀氧化鋁，在擠出成型的過程中，片狀氧化鋁定向排列，高活性氧化鎂、電熔石英以氧化鋁為模板，定向生成堇青石，得到低膨脹系數的堇青石蜂窩陶瓷載體。
[0029]本發明低熱膨脹系數的實現，還在于使用細粒度、高活性的氧化鎂。只有當Mg2+和Al3+等擴散到各自相應區域時，才會形成堇青石，粒度細、高活性的氧化鎂使得Mg2+的擴散速度遠遠大于Al3+ (氧化鋁為發育完整的α -氧化鋁，而且粒度粗，其活性低)，這樣堇青石主要在氧化鋁上以氧化鋁為模板生長，以此實現堇青石的定向排列，得到低熱膨脹系數的堇青石蜂窩陶瓷載體。
[0030]本發明低熱膨脹系數的實現，還在于使用電熔石英，由于電熔石英液相溫度高，可以避免低溫下氧化鎂、氧化鋁、氧化硅生成高硅液相，阻礙Mg2+的擴散。同時，電熔石英本身熱膨脹系數很低，即使有未反應完全的電熔石英，也不會造成蜂窩陶瓷熱膨脹系數的升高。
[0031]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0032]本發明制備得到的堇青石蜂窩陶瓷載體，堇青石含量90-98 %、熱膨脹系數 0.7-1.0XlO-6/ V (室溫-800 °C )、氣孔率 30-42 %、是耐壓 15_20MPa 的Φ330.2X 152.4mm400孔/平方英寸400孔/平方英寸的蜂窩陶瓷載體。本方法制備的堇青石蜂窩陶瓷載體燒成收縮為零，燒成合格率高，生產成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是徑厚比為4:1的片狀氧化鋁掃描電鏡圖
[0034]圖2是徑厚比為6:1的片狀氧化鋁掃描電鏡圖
[0035]圖3是徑厚比為8:1的片狀氧化鋁掃描電鏡圖
[0036]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。但下述的實施例僅僅是本發明的簡 易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0037]為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下:
[0038]實施例1
[0039]圖1是一種徑厚比為4:1的片狀氧化鋁，將20.17%的D50 = 20 μ m的徑厚比為4:1的片狀氧化鋁、4.11%的D50 = 2.Ομπι的高活性氧化鎂、15.24%的D50 = 4.0 μ m的電熔石英、27.12%的D50 = 15 μ m的片狀滑石、33.36 %的D50 = 6μπι的生高嶺土作為無機粉料混合，無機粉料總和為100%，外加4%的甲基纖維素、0.5%的機硅聚醚共聚物(比如道康寧的DC系列)、1%的豆油和35%的水。經充分干混、捏合，真空練泥，擠制成Φ330.2X 152.4mm,400孔/平方英寸的蜂窩陶瓷催化劑載體，干燥后，經1415°C、保溫8小時燒制，燒成收縮為O%，燒成合格率為98.7%。制得的堇青石蜂窩陶瓷載體的性能為:熱膨脹系數0.82 X 10-6/oC (室溫-800°C )，吸水率為33 %，平行于軸向的抗壓強度為
16.7MPa，抗熱震性能:650°C空冷5次不開裂。涂覆釩系催化劑，經實際整車使用，17萬公里無破損，汽車污染物排放達到國IV標準要求。
[0040]實施例2
[0041]圖2是一種徑厚比為6:1的片狀氧化鋁，將24.55%的D50 = 15 μ m的徑厚比為6:1的片狀氧化鋁、6.85%的D50 = 1.0 μ m的高活性氧化鎂、25.40%的D50 = 5.0 μ m的電熔石英、19.37%的D50 = 10 μ m的片狀滑石、23.83%的D50 = 4μπι的生高嶺土作為無機粉料混合，無機粉料總和為100 %，外加5 %的甲基纖維素、0.5 %的機硅聚醚共聚物(比如道康寧的DC系列)、I %的豆油和34%的水。經充分干混、捏合，真空練泥，擠制成Φ330.2X 152.4mm,400孔/平方英寸的蜂窩陶瓷催化劑載體，干燥后，經1415°C、保溫8小時燒制，載體燒成收縮為O%，燒成合格率為99.2%。堇青石蜂窩陶瓷載體性能:熱膨脹系數0.78X10_6/°C (室溫_800°C )，吸水率為34%，平行于軸向的抗壓強度為18.4MPa，熱震性能:650°C空冷5次不開裂。涂覆釩系催化劑，經實際整車使用，17萬公里無破損，汽車污染物排放達到國IV標準要求。
[0042]實施例3
[0043]圖3是一種徑厚比為8:1的片狀氧化鋁，將31.12%的D50 = 10 μ m的徑厚比為8:1的片狀氧化鋁、10.56%的D50 = 0.6 μ m的高活性氧化鎂、40.54 %的D50 = 6.0 μ m的電熔石英、7.65%的D50 = 6μπι的片狀滑石、10.13%的D50 = 2μπι的生高嶺土作為無機粉料混合，無機粉料總和為100%，外加6 %的甲基纖維素、0.8 %的機硅聚醚共聚物(比如道康寧的DC系列)、1%的豆油和33%的水。經充分干混、捏合，真空練泥，擠制成Φ330.2X 152.4mm,400孔/平方英寸的蜂窩陶瓷催化劑載體，干燥后，切割，經1415°C、保溫8小時燒制。最終燒成收縮為O%，燒成合格率為100%，所得的堇青石蜂窩陶瓷載體的性能為:熱膨脹系數0.7 X 10-6/oC (室溫_800°C )，吸水率為36%，平行于軸向的抗壓強度為19.0MPa，熱震性能650°C空冷5次不開裂，涂覆釩系催化劑，經實際整車使用，17萬公里無破損，汽車污染物排放達到國IV標準要求。
[0044] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的工藝方法，但本發明并不局限于上述工藝步驟，即不意味著本發明必須依賴上述工藝步驟才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明所選用原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
1.一種零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體，其特征在于，所述載體按重量百分含量包括如下原料:片狀氧化鋁20wt% -32wt%、氧化鎂4wt% -1lWt %、電熔石英15wt% -45wt%、滑石7wt% -30wt%、高嶺土 1wt % _35wt %，上述各原料含量之和為100%。
2.根據權利要求1所述的載體，其特征在于，所述片狀氧化鋁的重量百分含量為20.17wt% -31.12wt%，優選為 24.55wt% ； 優選地，所述片狀氧化鋁的徑厚比為4-8:1，優選為4-6:1; 優選地，所述片狀氧化鋁的平均粒徑為D90 = 8 μ m-30 μ m、D50 = 10 μ m-20 μ m或DlO=3 μ m-8 μ m,優選為 D50 = 10 μ m-20 μ m,更優選為 D50 = 15 μ m。
3.根據權利要求1或2所述的載體，其特征在于，所述氧化鎂的重量百分含量為
4.llwt% -10.56wt%,優選為 6.85wt% ； 優選地，所述氧化鎂的平均粒徑為D90 = 0.8 μ m-4.0 μ m、D50 = 0.6 μ m_2 μ m或DlO=0.2 μ m-0.8 μ m,優選為 D50 = 0.6 μ m_2 μ m,更優選為 D50 = 1.0 μ m。 4.根據權利要求1-3之一所述的載體，其特征在于，所述電熔石英的重量百分含量為15.24wt% -40.54wt%，優選為 25.40wt% ； 優選地，所述電熔石英的平均粒徑為D90 = 8 μ m-12 μ m、D50 = 4 μ m_6 μ m或DlO =0.7 μ m-2 μ m ,優選為 D50 = 4 μ m_6 μ m,更優選為 D50 = 5 μ m。
5.根據權利要求1-4之一所述的載體，其特征在于，所述滑石的重量百分含量為7.65wt% -27.12wt%，優選為 19.37wt% ； 優選地，所述滑石的平均粒徑為D50 = 4 μ m-15 μ m,優選為D50 = 6 μ m_15 μ m,更優選為 D50 = 10 μ m。
6.根據權利要求1-5之一所述的載體，其特征在于，所述高嶺土的重量百分含量為10.13wt% -33.36wt%，優選為 23.83wt% ； 優選地，所述高嶺土的平均粒徑為D50 = 2 μ m-8 μ m,優選為D50 = 2 μ m_6 μ m,更優選為 D50 = 4 μ m。
7.根據權利要求1-6之一所述的載體，其特征在于，所述載體中還包含有機助劑和水；所述有機助劑的含量為4-8% (重量)，水的含量為33%-35% (重量)； 優選地，所述有機助劑為甲基纖維素、有機硅聚醚共聚物、豆油中的一種或至少兩種的組合； 優選地，所述有機助劑中的甲基纖維素含量為4%-6% (重量)；所述有機硅聚醚共聚物含量為0.5% -0.8% (重量)；所述豆油含量為1% (重量)。
8.根據權利要求1-7之一所述的載體，其特征在于，所述載體的尺寸為Φ330.2X 152.4mm400孔/平方英寸，堇青石含量為90-98%，室溫-800V的熱膨脹系數為0.7-1.0X1(T6/°C，氣孔率 30-42%、耐壓 15_20MPa。
9.權利要求1-8之一所述的零燒成收縮的堇青石蜂窩陶瓷載體的制備方法，其特征在于，具體步驟如下:將片狀氧化鋁、氧化鎂、電熔石英、滑石和高嶺土作為無機粉料混合，外加有機助劑和水，經充分干混、捏合、真空練泥，擠制成堇青石蜂窩陶瓷載體，干燥后，切割，燒制，并在燒制溫度下保溫，隨后冷卻到室溫即可。
10.根據權利要求9所述的方法，所述燒制溫度為1415°c，所述保溫時間為8小時。
【文檔編號】C04B35/622GK104030720SQ201410286210
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】黃妃慧, 張兆合 申請人:北京奧福(臨邑)精細陶瓷有限公司