陶瓷的快速燒制方法
【專利說明】陶瓷的快速燒制方法
[0001] 相關(guān)申請義叉參考
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. §119,要求2013年3月8日提交的美國臨時(shí)申請系列第61/ 775,027號(hào)的優(yōu)先權(quán)，本文W該申請為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。 【背景技術(shù)】 技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文一般地設(shè)及燒制生巧陶瓷體，更具體地，設(shè)及燒制堇青石生巧陶瓷體。
[0004] 技術(shù)背景
[0005] 陶瓷過濾器，特別是大鋒面過濾器，包含應(yīng)該在燒制過程中取出的有機(jī)原材料。例 如，粘合劑（甲基纖維素、聚乙締醇等）、潤滑劑、分散劑、成孔劑(淀粉、石墨和其他聚合物） 中可能含有此類有機(jī)材料?？蒞在存在氧的情況下，在高于運(yùn)些材料的閃點(diǎn)的溫度下，燒掉 它們。部分此類材料還作為揮發(fā)性有機(jī)化合物(V0C)去除，在害和/或后處理設(shè)備(例如熱氧 化器）中燒掉它們。運(yùn)些材料的分解和/或氧化通常釋放熱，并且通常影響材料的收縮或生 長，運(yùn)可能導(dǎo)致應(yīng)力并最終引起開裂。
[0006] 當(dāng)加熱到低于600°C的溫度時(shí)，用于大型或重型陶瓷體的常規(guī)燒制過程依賴于具 有低加熱速率(例如，4-8°C/小時(shí)）的燒制循環(huán)。運(yùn)些低加熱速率允許逐漸且完全地去除有 機(jī)原材料，從而降低陶瓷材料中的應(yīng)力。但是，通過使用運(yùn)些低加熱速率，延長了燒制循環(huán)， 其可能需要130小時(shí)來將生巧陶瓷體加熱到600°C，作為結(jié)果，整個(gè)燒制循環(huán)可能需要140-198小時(shí)。
[0007] 因此，存在對(duì)于具有增加的加熱速率的燒制循環(huán)的需求，特別是加熱速率高至600 °C，并且不引起陶瓷體中的開裂。
【發(fā)明內(nèi)容】

[000引根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，描述了一種在害中燒制生巧蜂窩陶瓷體的方法，其可降低陶 瓷體中開裂的可能性。方法可包括在四個(gè)階段中加熱生巧蜂窩陶瓷體。第一階段可包括W 第一加熱速率將生巧蜂窩陶瓷體從室溫加熱到第一溫度，所述第一加熱速率約為75-125 °C/小時(shí)，所述第一溫度約為250-650°C。第二階段可包括W第二加熱速率將生巧蜂窩陶瓷 體從第一溫度加熱到第二溫度，所述第二加熱速率小于或等于第一加熱速率，所述第二溫 度約為650-950°C。第Ξ階段可包括W第Ξ加熱速率將生巧蜂窩陶瓷體從第二溫度加熱到 保持溫度，所述第Ξ加熱速率小于或等于第一加熱速率，所述保持溫度大于第二溫度。第四 階段可包括將生巧蜂窩陶瓷體保持在保持溫度，W去除殘留碳。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施方式中，描述了在害中燒制生巧蜂窩陶瓷體的第二種方法。方法也 可包括在四個(gè)階段中加熱生巧蜂窩陶瓷體。第一階段可包括W第一加熱速率將生巧蜂窩陶 瓷體從室溫加熱到第一溫度，所述第一加熱速率約為100-125°c/小時(shí)，所述第一溫度約為 375-500°C。第二階段可包括W第二加熱速率將生巧蜂窩陶瓷體加熱到第二溫度，所述第二 加熱速率約為20-75°C/小時(shí)，所述第二溫度約為750-800°C。第Ξ階段可包括W第Ξ加熱速 率將生巧蜂窩陶瓷體加熱到保持溫度，所述第Ξ加熱速率小于或等于第二加熱速率，所述 保持溫度約為950-1100°C。第四階段可包括將生巧蜂窩陶瓷體保持在保持溫度，W去除殘 留碳。
[0010] 在上文所述的每個(gè)實(shí)施方式中，可W控制害中的氧水平，W改善燒制循環(huán)的運(yùn)行。 在一些實(shí)施方式中，害中存在的氧含量可W是環(huán)境水平或更高。在其他實(shí)施方式中，害中存 在的氧含量可W低于環(huán)境水平。在上文所述的每個(gè)實(shí)施方式中，可W在燒制過程中將蒸汽 引入到害中。在一些實(shí)施方式中，在燒制過程的各個(gè)階段中引入到害中的蒸汽量可W高至 45體積％。在其他實(shí)施方式中，可W在燒制過程中的各個(gè)階段期間沒有將蒸汽引入到害中。
[0011] 在W下詳細(xì)描述中給出了本文的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域 的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實(shí)施包括W下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書 W及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。
[0012] 應(yīng)理解的是，前面的一般性描述和W下的詳細(xì)描述介紹了各種實(shí)施方式，用來提 供理解要求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)各種實(shí)施方 式的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖W圖示形式說 明了本文所述的各種實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護(hù)的主題的原理和操作。 【附圖說明】
[0013] 圖1顯示根據(jù)本文的實(shí)施方式，對(duì)于不同尺寸的陶瓷體，四個(gè)階段中的加熱速率；
[0014] 圖2顯示根據(jù)本文的實(shí)施方式，在各個(gè)加熱速率下，不同尺寸的陶瓷體的外表面和 忍之間的溫差；
[0015] 圖3顯示各種害溫度下的兩個(gè)陶瓷體的應(yīng)力，一個(gè)使用根據(jù)本文的實(shí)施方式的燒 制循環(huán)，一個(gè)使用不根據(jù)本文的實(shí)施方式的燒制循環(huán)；
[0016] 圖4顯示燒制循環(huán)期間，氧的存在對(duì)于開裂的影響；W及
[0017] 圖5顯示燒制循環(huán)期間，蒸汽的存在對(duì)于開裂的影響。 【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將詳細(xì)參考用于燒制生巧蜂窩陶瓷體的燒制循環(huán)的實(shí)施方式。根據(jù)一些實(shí)施 方式，燒制生巧蜂窩陶瓷體的方法包括:在害中，在四個(gè)階段中加熱生巧蜂窩陶瓷體。在第 一階段中，可W將生巧蜂窩陶瓷體W第一加熱速率從室溫加熱到第一溫度。在第二階段中， 可W將生巧蜂窩陶瓷體W第二加熱速率從第一溫度加熱到第二溫度。在第Ξ階段中，可W 將生巧蜂窩陶瓷體W第Ξ加熱速率從第二溫度加熱到第Ξ溫度。在第四階段中，可W將生 巧蜂窩陶瓷體在恒定的溫度保持一段時(shí)間，其足W從生巧蜂窩陶瓷體去除殘留碳。第一、第 二和第Ξ加熱速率可W相同或不同。在一些實(shí)施方式中，可W取決于正在進(jìn)行加熱的陶瓷 體的尺寸、害中存在的氧含量W及害中存在的蒸汽量，來改變第一、第二和第Ξ加熱速率。
[0019] 在一些實(shí)施方式中，陶瓷體的堇青石可W是堇青石型相，其近似為化學(xué)計(jì)量 Mg2Al4Si5〇i8，（25-800°C的）熱膨脹系數(shù)大于4Xl〇-V°C且小于13Xl〇-V°C，透過性和孔尺 寸分布滿足如下關(guān)系：2.108(透過性) + 18.511(總孔體積)+0.1863(4至40微米的孔所占的 總孔體積的百分比）〉24.6,參見例如美國專利第6,541，407號(hào)所述，其全文通過引用結(jié)合入 本文。但是，應(yīng)理解的是，本文所掲示的方法的實(shí)施方式可用于燒制任意陶瓷材料。
[0020]在一些實(shí)施方式中，堇青石組合物可具有超添加有機(jī)負(fù)載，約為5-50%，或者甚至 約為5-30%。在一些實(shí)施方式中，堇青石組合物可具有超添加有機(jī)負(fù)載，約為5-15%，或者 甚至約為7-12重量％。在其他實(shí)施方式中，堇青石組合物可具有約為9-10重量％的超添加 有機(jī)負(fù)載。在一些實(shí)施方式中，組合物可包含如下一種或多種:滑石、粘±或石墨，或其組 合。在一些實(shí)施方式中，組合物可包含約占其15-50重量％的滑石。在一些實(shí)施方式中，組合 物可包含約占其10-30重量％的粘±。在一些實(shí)施方式中，組合物可包含作為其超添加的高 至約20%的石墨。形成的陶瓷體的孔隙度沒有特別的限制。在一些實(shí)施方式中，形成的陶瓷 體的孔隙度可W約為40-60%，或者甚至約為45-55%。在一些實(shí)施方式中，形成的陶瓷體的 孔隙度可W大于約50%，或者甚至大于約55%。
[0021 ]第一階段
[0022] 在一些實(shí)施方式中，燒制方法的第一階段可包括將生巧蜂窩陶瓷體從室溫加熱到 約為250-650°C，例如約為300-600°C，約為350-550°C，約為375-500°C，或者約為400°C。應(yīng) 理解的是，如本文所用，室溫沒有特別的限制，可W包括陶瓷體和/或害在進(jìn)行燒制方法的 第一階段之前的任意環(huán)境溫度。
[0023] 第一階段中所使用的加熱速率可W是足夠高的，W避免蜂窩陶瓷體的開裂。在一 些實(shí)施方式中，用于第一階段的加熱速率可W大于或等于約75°C/小時(shí)。例如，在一些實(shí)施 方式中，用于第一階段的加熱速率可W大于或等于約l〇〇°C/小時(shí)。在一些實(shí)施方式中，用于 第一階段的第一加熱速率可W小于或等于約125°C/小時(shí)，或者甚至小于或等于約80°C/小 時(shí)。在一些實(shí)施方式中，第一階段中的加熱速率可W約為75°C/小時(shí)、約為100°C/小時(shí)或者 約為125°C/小時(shí)。
[0024] 第一階段中的加熱速率可取決于正在進(jìn)行燒制的蜂窩陶瓷體的尺寸。例如，可W W