專利名稱：制備內(nèi)部空化的陶瓷體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)狀泡沫陶瓷體和擠出陶瓷體。背景正如本文所用的，術(shù)語“陶瓷”包括，但不限于，內(nèi)部無機(jī)非金屬材料，其選自包括 氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硅化物、硫化物、鋁化物、鈹化物、磷化物、銻化物和砷化物的組。正如本文所用的，術(shù)語“內(nèi)部空化的陶瓷體(ICCB) ”包括網(wǎng)狀陶瓷泡沫體(RCF)和 擠出陶瓷塊(Extruded Ceramic Monolith,ECM)或其組合式擠出網(wǎng)狀陶瓷泡沫塊(ERCFM)。正如本文所用的，術(shù)語“網(wǎng)狀陶瓷泡沫體”(RCF)是具有海綿樣結(jié)構(gòu)的陶瓷體。網(wǎng) 狀陶瓷泡沫體(RCF)對于需要高的表面積、低的壓降和高的空隙率的應(yīng)用十分有用。由于 這些性質(zhì)，RCF非常適合涉及傳熱、傳質(zhì)和催化的應(yīng)用。RCF還用作高溫過濾器，例如在冶金 過程中。在空氣污染控制中，RCF用于清潔含熱顆粒的氣體，諸如來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣。 許多其他應(yīng)用也從使用網(wǎng)狀陶瓷泡沫體中獲益?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了制備RCF的各種方法。一種通用方法包括用含有原料諸 如粘土的漿狀物浸泡聚氨酯泡沫塑料來制備陶瓷，使得泡沫體浸漬有原料。然后將泡沫體 部分地排水以除去過量的漿狀物。然后，將被涂覆的泡沫體加熱至足以熱分解聚氨酯泡沫 塑料的溫度，使得留下涂覆了原料的骨架。然后，使骨架泡沫體經(jīng)受高溫以將原料轉(zhuǎn)化為陶瓷οRCF中的特殊價(jià)值是在網(wǎng)狀泡沫體的形狀中結(jié)合碳化硅(SiC)材料。迄今，高質(zhì)量 的SiC網(wǎng)狀泡沫體的生產(chǎn)十分昂貴。目前市售的網(wǎng)狀SiC泡沫體的價(jià)格可以是每立方英尺 SiC網(wǎng)狀泡沫體數(shù)千美元。因此，網(wǎng)狀SiC泡沫體僅用于十分特殊的應(yīng)用，諸如其他材料不 起作用的航空應(yīng)用和軍事應(yīng)用。申請人:相信，如果以適中的價(jià)格生產(chǎn)和出售，SiC網(wǎng)狀泡沫體的潛在應(yīng)用可以是廣 泛的，并且是多種多樣的。SiC網(wǎng)狀泡沫體可用于產(chǎn)品和應(yīng)用，諸如催化劑載體例如在汽 車尾氣中使用的那些催化劑載體、阻火器、電池和燃料電池的電極、高溫設(shè)備諸如空間望遠(yuǎn) 鏡的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)支承體、用于在發(fā)電廠和環(huán)境設(shè)備中回收再生熱的傳熱介質(zhì)、電阻加熱元件、 用于高溫氣流諸如柴油機(jī)廢氣的顆粒過濾器等等。盡管SiC泡沫體化學(xué)是簡單的，但SiC網(wǎng)狀泡沫體的產(chǎn)生卻十分困難。產(chǎn)生SiC 的第一阻力是SiC不是天然存在的材料。為了產(chǎn)生SiC，含有硅和碳的材料必須在特殊氣氛 的爐中，在非常高的溫度(至少1500攝氏度)下進(jìn)行烘烤。第二阻力-且最困難的障礙-是在精細(xì)的網(wǎng)狀泡沫形狀中產(chǎn)生SiC的能力。存在 兩種技術(shù)來生產(chǎn)低質(zhì)量的網(wǎng)狀泡沫體。一種技術(shù)描述于美國專利第5248462號(hào)，其將含有碳和硅的材料與鉛珠混合。該鉛珠最終被熔化掉，產(chǎn)生最終網(wǎng)狀泡沫體的空隙空間。這一 技術(shù)是麻煩的，產(chǎn)生低質(zhì)量的泡沫體，并且當(dāng)烤出鉛珠時(shí)，產(chǎn)生顯著的污染。對于許多以上 提出的潛在應(yīng)用，這種泡沫體的質(zhì)量太差。生產(chǎn)網(wǎng)狀SiC泡沫體的幾種技術(shù)使用網(wǎng)狀聚氨酯(RPF)泡沫塑料作為起始框架。 在一種方法中，將RPF浸入SiC顆粒和陶瓷和/或有機(jī)粘合劑的漿狀物中。然后，將被涂覆 的RPF烘烤以使SiC涂層凝固，并移除聚氨酯框架。產(chǎn)生的SiC泡沫體質(zhì)量十分差，并且未 享有很多的商業(yè)成功。形成SiC網(wǎng)狀泡沫體的又一種方法是用RPF開始，并用有機(jī)樹脂和含有硅的化合 物對其涂覆。然后，將被涂覆的RPF加熱至高溫，如美國專利第5429780號(hào)和第6251819號(hào) 所描述的。這一方法是冗長的，產(chǎn)生作為廢氣的大量污染空氣化合物，并產(chǎn)生低質(zhì)量的泡沫 體。由于材料處理問題，可由該方法生產(chǎn)的泡沫體的厚度是有限的。形成網(wǎng)狀SiC泡沫體的又一種方法是用RPF作為框架開始，且然后通過氣相沉積 技術(shù)諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)在RPF上形成SiC涂層。這一類型的SiC泡沫體由Ultramet Inc.和ERG Inc.(兩家公司均位于California，USA)生產(chǎn)。這一類型的泡沫體質(zhì)量良好， 但其生產(chǎn)十分昂貴。氣相沉積是一種非常緩慢的過程，且擁有和操作氣相沉積所需的設(shè)備 是昂貴的。此外，該方法需要高水平的技術(shù)專家來實(shí)施。由CVD方法產(chǎn)生的泡沫體十分昂 貴。CVD方法還具有另一個(gè)限制因素，即其為視線方法(line of sightprocess) 0這是指， 可生產(chǎn)的泡沫體的厚度是有限的，因?yàn)樵谝暰€被泡沫體的外層阻斷之前，蒸汽將僅滲入泡 沫體有限的距離。因此，需要可相對簡單和便宜地產(chǎn)生大量的高質(zhì)量網(wǎng)狀陶瓷泡沫體的方法。如本文所定義，“擠出陶瓷塊”(ECM)是具有供氣體流過其的通道(through passage)的陶瓷塊。一般通過將陶瓷原料混合到可擠出的類似揉好的陶土(dough)的物 質(zhì)中，且然后通過模具擠出該揉好的陶土以產(chǎn)生其內(nèi)具有縱向通道的連續(xù)的擠出物來制備 ECM。然后，將該擠出物切成合適長度的塊。在先進(jìn)行空氣干燥之后，然后將該塊在窯中烘 干以產(chǎn)生ECM。由于它們規(guī)則的幾何形狀，所以ECM被用于傳熱和催化過程。然而，擠出具 有十分精細(xì)的通道或具有非常復(fù)雜形狀的通道的ECM是十分困難的。本發(fā)明提供了非常經(jīng) 濟(jì)地制備ECM的方法，且必要時(shí)，ECM具有十分精細(xì)或復(fù)雜形狀的通道。此外，本發(fā)明提供制備具有空化的泡壁(cell wall)的ECM的方法，所述ECM在本 文中稱為組合擠出網(wǎng)狀陶瓷泡沫塊(ERCFM)。本發(fā)明的ERCFM提供了較大的表面積，同時(shí)維 持了 ECM的低的壓力降特征。又進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了制備其內(nèi)具有明確界定的、形狀復(fù)雜的空隙空間的陶 瓷體的方法。發(fā)明_既述在本發(fā)明的一個(gè)方面中，生產(chǎn)內(nèi)部空化的陶瓷體(ICCB)的方法包括以下步驟將 基本上由陶瓷粉、耐火水泥、任選的粘合劑、任選的可熱分解的材料(TDM)、任選的可溶性材 料(SM)和水組成的原料混合以制備揉好 的陶土，并使揉好的陶土形成具有期望形狀的陶 瓷體。制備ICCB的方法包括固化形成的揉好的陶土的額外步驟，以及如果原料的SM含量 大于0%，則用合適的溶劑處理固化的揉好的陶土以溶解SM，從而在ICCB中產(chǎn)生空腔的額 外步驟。形成揉好的陶土的步驟可包括模制過程或擠出過程。擠出過程可在陶瓷體中產(chǎn)生通道。 然后，如果原料的TDM含量大于0%，則將形成的揉好的陶土加熱至足以熱分解 (例如通過高溫分解、氧化、分裂、熔化等等)TDM的溫度，以在ICCB中產(chǎn)生額外的空腔?？?選擇地，如果原料的SM含量大于0 %，則將形成的揉好的陶土浸入到溶劑中以溶解SM。如 果揉好的陶土包含TDM和SM兩者，則可以按任何方便的順序來使用溶解SM的步驟和分解 TMD的步驟。本發(fā)明的方法中使用的TDM可以是天然存在的材料，或合成產(chǎn)生的(人造)材料， 諸如塑料、聚苯乙烯或其他合適的共混材料。TDM可以是隨機(jī)成形的或以確定的幾何形狀成 形的顆粒或有形體，包括纖維聚集體(fibrous congregate)。本發(fā)明的方法中使用的SM也可以是天然存在的材料，諸如石膏，或合成產(chǎn)生的 (人造)材料，諸如塑料、聚苯乙烯或其他合適的共混材料。本發(fā)明的方法中使用的陶瓷粉是無機(jī)非金屬材料，其選自包括氧化物、氮化物、硼 化物、碳化物、硅化物、及硫化物、鋁化物、鈹化物、磷化物、銻化物和砷化物的組。本發(fā)明的方法中使用的粘合劑是選自包括有機(jī)粘合劑、粘土粘合劑和非耐火水泥 粘合劑的組的一種或多種材料。用于制備ICCB的本發(fā)明的方法可包括用侵蝕劑處理ICCB以除去外部陶瓷并在 ICCB中打開泡孔網(wǎng)絡(luò)(network of cell)的額外步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的ICCB可用于再生式換熱器、再生式熱氧化器、傳質(zhì)設(shè) 備、阻火器、電極、輕質(zhì)鏡子的結(jié)構(gòu)支承體、用于降低噪音的聲吸收器、用于過濾熔融金屬的 高溫過濾器、紅外線燃燒器中的氣流擴(kuò)散器、用于熱體散熱的散熱片或換熱器、減震器、光 學(xué)零件、能量儲(chǔ)存、熱氣過濾、去霧、容積式太陽能接收器(solar volumetric receiver)以 及爐具(furnace furniture)，諸如燒箱。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，要求根據(jù)以上方法制備的網(wǎng)狀陶瓷泡沫體的權(quán)利。在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，根據(jù)以上方法制備的網(wǎng)狀陶瓷泡沫體可用于再生式換 熱器、再生式熱氧化器、傳質(zhì)設(shè)備，作為催化劑基底以及作為熱氣用的顆粒過濾器。附圖簡述

圖1顯示了代表性的RTO 100，本文中要求其發(fā)明特征的權(quán)利，RT0100使用本發(fā)明 的 ERCFM 110。圖2顯示了代表性的傳質(zhì)塔200，本文中要求其發(fā)明特征的權(quán)利，傳質(zhì)塔200使用 本發(fā)明的ERCFM 110。圖3顯示了代表性的催化轉(zhuǎn)化器300，本文中要求其發(fā)明特征的權(quán)利，催化轉(zhuǎn)化器 300使用本發(fā)明的ERCFM 110。發(fā)明描述在本發(fā)明方法的第一步驟中，將陶瓷粉、諸如鈣水泥的耐火水泥、任選的有機(jī)或粘 土粘合劑、合適的可熱分解材料(TDM)的顆粒以及水混合以產(chǎn)生揉好的陶土。然后使用模 具，將揉好的陶土形成合適的形狀?？蛇x擇地，可以按照常規(guī)的方法來擠出揉好的陶土以生 產(chǎn) ECM。陶瓷粉可以是任何合適的陶瓷材料，諸如炻器、瓷器、鋯、碳化硅、硅石、氧化鋁等 等?？蔁岱纸獾牟牧峡梢允侨魏魏线m的天然存在或合成產(chǎn)生的材料。天然存在的材料的示例包括無機(jī)材料諸如碳顆粒，或有機(jī)材料諸如水稻或大麥或其他的谷物、以及豌豆與豆和 鋸屑以及許多其他材料。合成產(chǎn)生的材料的示例包括化學(xué)樹脂，諸如塑料(例如聚氯乙烯 (PVC)或聚乙烯)或樹脂(例如聚丙烯酸一甲酯(PMMA)或聚苯乙烯)。碳或石墨粉、小丸、 片或其他形狀也可用作TDM以在ICCB中產(chǎn)生空腔。TDM顆?？删哂蟹秶鷱膸准{米至數(shù)厘米 的任何平均粒度。如通過粒度的標(biāo)準(zhǔn)偏差定義的粒度分布在平均粒度周圍可以是寬的或窄 的。TDM顆?？删哂懈髯缘碾S機(jī)形狀，或具有通?？啥x的幾何形狀，諸如選定直徑的球體。 TDM顆粒還可以是泡沫體的形式，諸如聚苯乙烯泡沫塑料珠。可單獨(dú)或組合使用具有其它可 定義的幾何形狀諸如圓柱體、桿狀體、金字塔形、立方體、六面體 以及其它多面體形狀的TDM 顆粒。還可使用隨機(jī)成形的TDM顆粒和確定形狀的TDM顆粒的組合。TDM顆粒可隨機(jī)地混 合在揉好的陶土中，或以定義的陣列布置在揉好的陶土中。此外，TDM顆粒可以是單獨(dú)擠出 或模制成形的體，諸如籠形或星形或帶尖的球體，或纖維聚集體或任何其他復(fù)雜的形狀，其 可置于揉好的陶土中以在ICCB中提供類似的形狀復(fù)雜的空腔。在該方法的第二步驟中，將模制的形狀在爐中加熱至適于熱分解模制形狀中的 TDM顆粒的溫度。根據(jù)揉好的陶土的組成，水泥可部分地或完全地固化以產(chǎn)生ICCB。如果需 要將水泥結(jié)合(cement bond)轉(zhuǎn)化為陶瓷結(jié)合，可進(jìn)一步升高爐溫。TDM顆粒的分解和水泥 的結(jié)合可在單一設(shè)置溫度或一系列逐漸增加的設(shè)置溫度下進(jìn)行。根據(jù)此方法中所用的TDM 顆粒的數(shù)量和粒度，ICCB可具有泡沫樣結(jié)構(gòu)。明顯地，方法中所用的TDM顆粒的數(shù)量越大， 產(chǎn)生的泡沫樣ICCB越多。此外，明顯地，TDM顆粒越小，ICCB的內(nèi)表面積越大。此外，與現(xiàn) 有技術(shù)的方法產(chǎn)生ICCB相比，當(dāng)滲透到ICCB的表面的TDM顆粒分解時(shí)，其產(chǎn)生了增強(qiáng)的表 面粗糙度。已知表面粗糙度的增加將增加表面和周圍流體之間的傳熱速率。認(rèn)為這一特征 提供了在傳熱和傳質(zhì)應(yīng)用中更加有效的ICCB。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，將揉好的陶土浸漬精細(xì)的TDM顆粒，并通過標(biāo)準(zhǔn)陶瓷 塊的塊擠出機(jī)擠出，以產(chǎn)生擠出網(wǎng)狀陶瓷泡沫塊(ERCFM)。如以上方法的步驟2所描述的， 然后在爐中加熱ERCFM以熱分解TDM顆粒，并固化水泥。由這一過程產(chǎn)生的ERCFM是具有 空化的泡壁的塊。ERCFM的空化的泡壁為諸如催化的應(yīng)用提供了高的表面積，而ERCFM中的 確定幾何形狀的流動(dòng)通道提供了低的且一致的流動(dòng)壓降。本文要求ERCFM的這些發(fā)明特征 的權(quán)利。在本發(fā)明的又一個(gè)方面，在此方法的第一步驟中，制備沒有TDM顆粒的揉好的陶 土，并通過標(biāo)準(zhǔn)陶瓷塊的塊擠出機(jī)擠出以產(chǎn)生擠出陶瓷塊(ECM)。如上所述，在此方法的第 二步驟中，接著，將ECM在爐中加熱以固化水泥。由此產(chǎn)生的ECM等同于具有確定幾何形狀 的流動(dòng)通道的標(biāo)準(zhǔn)塊(standard monolith)，所述流動(dòng)通道提供了低的且一致的流動(dòng)壓降。存在用于生產(chǎn)本發(fā)明的ICCB的數(shù)不清的配方和變化配方(variation)。用于制 備ICCB的原料的比例將根據(jù)所需的密度、孔徑大小和強(qiáng)度發(fā)生很大的變化。作為示例，以 重量百分比表示的一個(gè)特定配方(使用商業(yè)可獲得的來自High-Temp Ceramic Store的鈣 水泥Sercar 80 ；來自Laguna Clay的陶瓷粉)提供如下鈣水泥27其他粘合劑 0陶瓷粉54蒸餾水19
TDM按體積計(jì)，60%至 95%以下實(shí)施例闡釋了用于生產(chǎn)本發(fā)明的ICCB的過程途徑。實(shí)施例1 生產(chǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)水含量的揉好的陶土。模制、擠出等以進(jìn)行成型使水泥固化熱分解TDM任選地，高溫加熱實(shí)施例2 生產(chǎn)具有有限水含量的揉好的陶土。模制、擠出等半干燥的混合物以進(jìn)行成型使水泥固化熱分解TDM完成水泥的水合任選地，高溫加熱實(shí)施例3 生產(chǎn)具有過量水含量的揉好的陶土。除去過量的水模制、擠出等以進(jìn)行成型使水泥固化熱分解TDM任選地，高溫加熱使用耐火水泥的已知缺點(diǎn)之一是其不易模制。因此，使用耐火水泥來生產(chǎn)模制零 件或擠出零件是十分困難的。通過使用精細(xì)的碳顆粒作為以上配方的TDM，申請人已經(jīng)克服 這一問題。已發(fā)現(xiàn)，精細(xì)的碳顆粒的使用在很大程度上改善了陶瓷的揉好的陶土(ceramic dough)的可塑性。這使得將揉好的陶土擠出或模制成期望的形狀變得容易。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，碳顆粒在附加的展示-A中顯示的一系列測 試中用作TDM，以確定在制備揉好的陶土中所用的碳顆粒的最佳比例。陶瓷的樣品分別用 SiC粉和鋁酸鈣水泥以2 1的比例制備。加入如下所示的變化量的碳粉。必要時(shí)，加入水 以產(chǎn)生可加工的揉好的陶土，該陶土將保留其模制的形狀。使該樣品干燥并硬化24小時(shí)。 此后，將樣品加熱至1，500華氏度以從陶瓷中除去碳。測試結(jié)果表明加入碳粉使得水泥結(jié)合的陶瓷比無碳水泥結(jié)合的陶瓷更 容易模制 和擠出。還觀察到，加入碳粉擴(kuò)展了添加水來制備可加工的揉好的陶土的使用范圍。如測試 A中，沒有碳，加入準(zhǔn)確量的水以產(chǎn)生可模制并還保留其形狀的陶瓷的揉好的陶土是非常困 難的。隨著加入碳粉的百分比的增加，發(fā)現(xiàn)添加更大范圍的水將仍然提供具有良好成形能 力的揉好的陶土，而該陶土將容易地保留其模制的形狀。根據(jù)這些測試，預(yù)期產(chǎn)生可加工的 揉好的陶土的碳粉的最佳量的范圍將是按重量計(jì)的2%至25%。各種粘合劑/改性劑可用于在ICCB中實(shí)現(xiàn)所需的特征，諸如強(qiáng)度和多孔性。正如 本文所定義的，“粘合劑”是產(chǎn)生均勻的稠度、凝固化或粘合力的任何材料。可用作粘合劑 /改性劑的材料公開于標(biāo)準(zhǔn)陶瓷工程手冊，諸如David W. Richerson的“Modern Ceramic Engineering(現(xiàn)代陶瓷工程)”(第2版)，其在此通過引用并入。不使用TDM的第二原料配方的示例將是
鈣水泥27其他粘合劑 0陶瓷粉54蒸餾水19使用以上實(shí)施例1、2和3中所示的方法進(jìn)一步處理由這一配方生產(chǎn)的揉好的陶 土，其中SM溶解步驟代替熱分解步驟。然而在這一配方中，使用形成的揉好的陶土的擠出 方法，因?yàn)樵撆浞街胁话óa(chǎn)生空腔的材料。因此，必須通過物理方法諸如擠出來產(chǎn)生空腔。作為可選擇的方案，可溶性顆?？捎糜诖嫔鲜鯰DM顆粒。可溶性顆?？捎扇芙?于溶劑中的任何材料制成。然而，重要的是，可溶性顆粒材料和溶劑不會(huì)與水泥或粘合劑或 陶瓷顆粒以不利的方式進(jìn)行反應(yīng)。例如，可溶性顆粒能夠制備成珠的形式，可以在生產(chǎn)的混合步驟期間將可溶性顆 粒摻入到揉好的陶土中。挑選珠的材料是重要的，使得珠具有以下特征中的一些或全部1)從水泥混合物吸收水，2)向水泥混合物提供水，3)形成過程期間將膨脹，4)形成過程期間將收縮，5)溶解于水或其他溶劑，6)是易燃的具有特征(1)和(5)的珠的一個(gè)示例將是由石膏制備的珠。石膏珠可從特意潮濕 的混合物中吸收多余的水。在水泥已經(jīng)形成并變得防水之后，可以通過將石膏珠浸入水中 而除去，且石膏可以回收并重新使用。使用SM的第二原料配方的示例將是鈣水泥27其他粘合劑 0陶瓷粉54蒸餾水19SM按體積計(jì)，60%-95%使用以上實(shí)施例1、2和3中所示的方法進(jìn)一步處理由這一配方生產(chǎn)的揉好的陶 土，其中SM溶解步驟代替熱分解步驟。對于這一配方，可擠出或模制揉好的陶土，因?yàn)樵撆?方中包含產(chǎn)生空腔的材料。在配方中可使用TDM和SM兩者以制備ICCB。使用TDM和SM兩者以及粘合劑的第 三原料配方的示例將是鈣水泥27其他粘合劑 20陶瓷粉54蒸餾水19SM+TDM按體積計(jì)，60%-95%在一個(gè)任選的額外“結(jié)束”步驟中，可將形成且固化的ICCB浸入到合適的侵蝕劑諸如酸中以溶解外部的陶瓷，并打開ICCB中的泡孔網(wǎng)絡(luò)。侵蝕過程改良了空隙率，并增加 了 ICCB中敞開的通道以有利于氣體或液體流過ICCB。根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的ICCB可用作傳熱設(shè)備諸如再生式換熱器和再生式熱氧 化器的散熱介質(zhì)。再生式換熱器的結(jié)構(gòu)和操作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知，且很好地描 述于現(xiàn)有技術(shù)諸如York的美國專利第5，026, 277號(hào)和商業(yè)網(wǎng)站諸如www. pro-env. com和 www. lantecp. com中。本文描述的發(fā)明步驟包括用根據(jù)本發(fā)明制備的ICCB代替現(xiàn)有技術(shù)的 標(biāo)準(zhǔn)的再生式換熱器的散熱介質(zhì)。在本發(fā)明的ICCB應(yīng)用于再生式換熱器(RHX)或再生式熱氧化器(RTO)的一個(gè)方 面中，RHX或RTO的儲(chǔ)熱介質(zhì)由上述ERCFM代替。在RHX或RTO中使用ERCFM兼具RCF的 高表面積和塊的較低壓力降的優(yōu)勢。圖1顯示了代表性的RTO 100，本文要求其發(fā)明特征的 權(quán)利，RTO 100使用本發(fā)明的ERCFM 110。因?yàn)镽TO由連接至RHX的燃燒室/氧化室組成， 所以圖1還代表RHX，本文要求其發(fā)明特征的權(quán)利。ICCB還可用作傳質(zhì)設(shè)備諸如氣體洗滌器、氣提塔和蒸餾塔中的填料。這種傳質(zhì) 設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知，且很好地描述于標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)工程手冊諸如 Treybal的“Mass-Transfer (傳質(zhì))，，和商業(yè)網(wǎng)站諸如www. lantecp. com中。本文描述的發(fā) 明步驟包括用根據(jù)本發(fā)明制備的ICCB代替現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)傳質(zhì)設(shè)備的塔填料。在本發(fā)明的ICCB應(yīng)用于傳質(zhì)設(shè)備的另一個(gè)代表性的方面中，傳質(zhì)塔的傳質(zhì)填料 可由上述的ERCFM代替。傳質(zhì)塔中使用ERCFM兼具RCF的高表面積和塊的較低壓力降的優(yōu) 勢。圖2顯示了代表性的傳質(zhì)塔200，本文要求其發(fā)明特征的權(quán)利，傳質(zhì)塔200使用本發(fā)明 的 ERCFM 110。ICCB還可用作化學(xué)過程(即靜態(tài))和汽車應(yīng)用中的催化劑載體。這種催化設(shè)備 的結(jié)構(gòu)和操作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知，且很好地描述于商業(yè)網(wǎng)站諸如http://WWW. corning, com/environmentaltechnologies/productsservices/ceramic_substrates. aspx中。本文描述的發(fā)明步驟包括用根據(jù)本發(fā)明制備的ICCB代替現(xiàn)有技術(shù)的這種催化設(shè) 備的催化劑載體。在本發(fā)明的ICCB應(yīng)用于催化反應(yīng)器的另一個(gè)代表性方面中， 汽車催化轉(zhuǎn)化器的 催化劑支承基質(zhì)由上述的ERCFM代替。在這種情況下，ERCFM經(jīng)受進(jìn)一步的操作以用所需 的催化劑涂覆其內(nèi)表面。催化轉(zhuǎn)化器中使用ERCFM兼具RCF的高的表面積和塊的較低壓力 降的優(yōu)勢。圖3顯示了代表性的催化轉(zhuǎn)化器300，本文中要求其發(fā)明特征的權(quán)利，催化轉(zhuǎn)化 器300使用本發(fā)明的ERCFM 110。還可在沒有催化劑的情況下使用圖3中顯示的構(gòu)型，用于 過濾熱氣諸如柴油機(jī)廢氣中攜帶的顆粒。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的ICCB可用于阻火器。此外，其中陶瓷材料是碳化 硅的ICCB可用作結(jié)構(gòu)零件，并用作電池的電極。根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的ICCB的另外其 他的應(yīng)用包括輕質(zhì)鏡子的結(jié)構(gòu)支承體(用作輕質(zhì)而堅(jiān)硬的襯墊)、用于降低噪音的聲吸收 器、用于過濾熔融金屬的高溫過濾器、紅外線燃燒器中的氣流擴(kuò)散器、散熱片或換熱器、減 震器、光學(xué)零件、能量儲(chǔ)存、熱氣過濾、去霧、容積式太陽能接收器以及爐具(燒箱)。因?yàn)檫@ 些應(yīng)用一般需要用根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的ICCB代替現(xiàn)有技術(shù)的ICCB，所以這些應(yīng)用領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員很明顯會(huì)這樣做。對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的是，不同比例的其他原料可代替上面公開的原料來制備上述ICCB，而并不背離本發(fā)明的主旨。盡管以上的實(shí)施例描述了鈣水泥作為制備ICCB的原料的用途，但還可以各種比 例使用其他的耐火水泥作為制備ICCB的原料。此外，可以各種比例使用本文描述的粘合劑以外的其他非水泥粘合劑作為原料來 實(shí)現(xiàn)ICCB的期望硬度、強(qiáng)度和多孔性。對上述方法的所有這些改良都被認(rèn)為屬于本發(fā)明的范圍。展示-A具有添加的碳粉的水泥結(jié)合的陶瓷的測試% SiC %水泥 ％碳 觀察結(jié)果
測試-A 66.67 33.33 0非常差的可加工性和可塑性，良好的強(qiáng)度測試-B 64.52 32.26 3.23 可接受的可塑性，良好的強(qiáng)度測試-C 62.5 31.25 6.25 良好的可塑性，良好的強(qiáng)度測試-D 58.82 29.41 11.76 非常好的可塑性，良好的強(qiáng)度測試-E 52.63 26.32 21.05 非常好的可塑性，變脆
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)內(nèi)部空化的陶瓷體(ICCB)的方法，所述方法包括以下步驟將基本上由陶瓷粉、耐火水泥、任選的粘合劑、任選的可熱分解的材料(TDM)、任選的可溶性材料(SM)和水組成的原料混合以制備揉好的陶土，以及；使所述揉好的陶土形成具有期望形狀的陶瓷體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中制備所述ICCB的所述方法包括額外的步驟固化形 成的揉好的陶土。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中制備所述ICCB的所述方法包括額外的步驟如果所 述原料的SM含量大于0%，則用合適的溶劑處理固化的揉好的陶土以溶解所述SM,以在所 述ICCB中產(chǎn)生空腔。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中制備所述ICCB的所述方法包括額外的步驟如果所 述原料的TDM含量大于0%，則將部分空化的揉好的陶土加熱至足以熱分解所述TDM的溫度 以在所述ICCB中產(chǎn)生額外的空腔。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中制備所述ICCB的所述方法包括額外的步驟如果所 述原料的TDM含量大于0%，則將所述形成的揉好的陶土加熱至足以熱分解所述TDM的溫度 以在所述ICCB中產(chǎn)生空腔。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中制備所述ICCB的所述方法包括額外的步驟如果所 述原料的SM含量大于0%，則用合適的溶劑處理部分空化的揉好的陶土以溶解所述SM,以 在所述ICCB中產(chǎn)生額外的空腔。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述揉好的陶土的所述步驟包括模制過程。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述揉好的陶土的所述步驟包括擠出過程。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述擠出過程包括在所述陶瓷體中形成通道。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TDM是天然存在的材料。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述TDM是碳。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述碳是粉末的形式。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中碳粉是在所述揉好的陶土的重量的2%到25%之間。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TDM是合成產(chǎn)生的材料。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述TDM是塑料。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述TDM是聚苯乙烯。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述TDM是丙烯酸一甲酯。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TDM是隨機(jī)成形的顆粒。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TDM是隨機(jī)尺度的顆粒。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TDM是幾何形狀確定的顆粒。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TDM是有形體。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述有形體是纖維聚集體。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述SM是天然存在的材料。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中天然存在的材料SM是石膏，且溶解溶劑是水。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述SM是合成產(chǎn)生的材料，且所述合成產(chǎn)生的材料 是單體或聚合物或其他共混的材料。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述聚合物SM是苯乙烯。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陶瓷粉是無機(jī)非金屬材料，其選自包括氧化 物、氮化物、硼化物、碳化物、硅化物、及硫化物、鋁化物、鈹化物、磷化物、銻化物和砷化物的組。
28.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘合劑是選自包括有機(jī)粘合劑、粘土粘合劑和 非耐火水泥粘合劑的組的一種或多種材料。
29.如權(quán)利要求4或6所述的方法，其中制備所述ICCB的所述方法包括額外的步驟 用侵蝕劑處理所述ICCB以除去外部陶瓷并在所述ICCB中打開泡孔網(wǎng)絡(luò)。
30.根據(jù)權(quán)利要求1至29中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的ICCB在再生式換熱器、再生式熱 氧化器、傳質(zhì)設(shè)備、阻火器、電極、輕型鏡子的結(jié)構(gòu)支承體、用于降低噪音的聲吸收器、用于 過濾熔融金屬的高溫過濾器、紅外線燃燒器中的氣流擴(kuò)散器、用于熱體散熱的散熱片或換 熱器、減震器、光學(xué)零件、能量儲(chǔ)存、熱氣過濾、去霧、容積式太陽能接收器以及諸如燒箱的 爐具中的用途。
31.一種網(wǎng)狀陶瓷泡沫體，其根據(jù)權(quán)利要求1至29中任一項(xiàng)所述的方法來制備。
32.—種擠出陶瓷塊，其根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法來制備。
33.如權(quán)利要求32所述的擠出陶瓷塊在再生式換熱器、再生式熱氧化器、傳質(zhì)設(shè)備、作 為催化劑基質(zhì)和作為熱氣用的顆粒過濾器中的用途。
34.一種擠出網(wǎng)狀陶瓷泡沫塊，其根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法來制備。
35.如權(quán)利要求34所述的擠出網(wǎng)狀陶瓷塊在再生式換熱器、再生式熱氧化器、傳質(zhì)設(shè) 備、作為催化劑基質(zhì)和作為熱氣用的顆粒過濾器中的用途。
36.一種網(wǎng)狀陶瓷泡沫體，其內(nèi)具有至少一個(gè)流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道從所述體的第一 外表面延伸至第二外表面。
37.如權(quán)利要求36所述的網(wǎng)狀陶瓷泡沫體在再生式換熱器、再生式熱氧化器、傳質(zhì)設(shè) 備、作為催化劑基質(zhì)和作為熱氣用的顆粒過濾器中的用途。
38.一種陶瓷體，其內(nèi)具有至少兩個(gè)流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道從所述體的第一外表面延 伸至第二外表面，所述流動(dòng)通道通過共用的多孔壁相互分隔。
39.如權(quán)利要求38所述的網(wǎng)狀陶瓷泡沫體在再生式換熱器、再生式熱氧化器、傳質(zhì)設(shè) 備、作為催化劑基質(zhì)和作為熱氣用的顆粒過濾器中的用途。
40.一種生產(chǎn)內(nèi)部空化的陶瓷體(ICCB)的方法，所述方法包括以下步驟將基本上由陶瓷粉、耐火水泥、粘合劑、可熱分解的材料(TDM)、可溶性材料(SM)和水 組成的原料混合以制備揉好的陶土，每一種原料的比例的重量百分比范圍如下 陶瓷粉 按重量百分比計(jì)，20至90 耐火水泥 按重量百分比計(jì)，5至80 粘合劑 按重量百分比計(jì)，0至40 TDM按體積百分比計(jì)，0至97SM按體積百分比計(jì)，0至97水按重量百分比計(jì)，1至50以及；使所述揉好的陶土形成具有期望形狀的陶瓷體。
41. 一種用于從基于水泥的陶瓷的揉好的陶土生產(chǎn)模制形狀或擠出形狀的方法，所述 方法包括以下步驟將基本上由陶瓷粉、耐火水泥、任選的粘合劑、碳粉和水組成的原料混合以產(chǎn)生實(shí)際上 可加工的揉好的陶土，且所述碳粉的比在按固體計(jì)的2%到25%之間，以及； 使所述揉好的陶土形成具有期望形狀的陶瓷體。
全文摘要
一種制備內(nèi)部空化的陶瓷體的方法，其中將陶瓷粉、諸如鈣水泥的耐火水泥、任選的有機(jī)或粘土粘合劑、合適的可熱分解的材料和/或合適的可溶性材料的顆粒以及水混合以產(chǎn)生揉好的陶土。然后使用模具或通過擠出，使揉好的陶土形成合適的形狀。將形成的形狀加熱以熱分解可熱分解的材料，且固化水泥以產(chǎn)生內(nèi)部空化的陶瓷體。可選擇地，固化水泥，并將凝固體浸入到合適的溶劑中以溶解可溶性材料來生產(chǎn)內(nèi)部空化的陶瓷體。
文檔編號(hào)B28C1/16GK101987474SQ20091018049
公開日2011年3月23日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者丹尼爾·馬克·圣路易斯 申請人:丹尼爾·馬克·圣路易斯