[發明專利]一種低熱膨脹大直徑蜂窩陶瓷載體及其制備方法

有效

• 申請號: 201711166380.6
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107915498B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 黃妃慧;潘吉慶;劉洪月;劉坤;牛思潯;王勇偉;程國園;王東東
• 申請（專利權）人: 重慶奧福精細陶瓷有限公司
• 主分類號: B01J35/04
• 分類號: B01J35/04;C04B41/87;B01J32/00;B01D53/94
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 洪余節

一種低熱膨脹大直徑蜂窩陶瓷載體及其制備方法，該低熱膨脹大直徑蜂窩陶瓷載體外表皮制備原料包含多級配堇青石粉末、硅酸鋰溶液、氫氧化鈣粉末、有機粘結劑、水，常溫干燥后可滿足高強度、高耐水的要求。本發明的蜂窩陶瓷載體的外表皮解決了使用其他粘結劑如硅酸鈉、磷酸鹽、硅溶膠配制外表皮出現強度低、耐水性差、熱膨脹系數高的問題，同時比圍邊后再焙燒工藝方式成本低以及解決了催化劑涂覆時催化劑滲漏問題。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及一種高強度、高耐水、低熱膨脹大直徑蜂窩陶瓷載體及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著機動車保有量的增加，然而，機動車排放廢氣中含有的大量微粒逐漸成為目前城市污染的主要來源，嚴重威脅到人類的生存環境，對其進行及時有效處理成為必要。機動車后處理系統是對排放廢氣進行處理以滿足嚴格法規的必備后處理系統核心部件。在汽車應用中，堇青石陶瓷蜂窩體制品常被用作廢氣純化催化劑載體。

由于不可預知的干燥及燒縮，目前不能制造出由原始設備制造商(OEM)和供應鏈設定的嚴格尺寸要求的具有大直徑的蜂窩陶瓷載體及基材。因此，硬化、固化的陶瓷泥漿已被用來形成堇青石整體的外表皮。將硬化、固化陶瓷泥漿進行混合并涂抹于燒制的，波狀的基材外圓側面上，然后可以將濕的表皮在外部環境下或在升高的溫度下通過對流或微波干燥進行干燥，來滿足下游產家如催化劑產家、封裝產家所需的催化劑涂層、封裝及其任何其他所需的下游處理。

目前大直徑(直徑≥190.5mm)蜂窩陶瓷載體的外表皮一般采用一種或兩種粉末當基體，采用硅酸鈉、硅酸鉀、磷酸鹽溶液為粘結劑；還有如CN103339088A則采用一種或兩種二氧化硅粉末當基體，采用硅溶膠為粘結劑、耐高溫纖維為增強劑，依靠電熔二氧化硅本身的低熱膨脹降低外表皮的熱膨脹，然而該方法存在成本較高、電熔二氧化硅長時間受熱轉化為高膨脹結晶石英的風險，同時沒有考慮到外表皮的耐水性。

現有大直徑蜂窩陶瓷載體的外表皮制備方法通常存在成本較高、外表皮耐水性差，在催化劑涂覆時，溶液進入外表皮，外表皮容易出現脫落、粉化現象。

發明內容

為此，本發明的目的之一是提供一種低熱膨脹大直徑蜂窩陶瓷載體，本發明的載體具有高強度、高耐水性能，決了外表皮涂覆催化劑時，強度低、耐水性差、熱膨脹系數高的問題。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種低熱膨脹大直徑蜂窩陶瓷載體，包括蜂窩體和蜂窩體外周的外表皮，該外表皮的制備原料包含多級配堇青石粉末、硅酸鋰溶液、氫氧化鈣粉末、有機粘結劑、水。

為了解決外表皮涂覆催化劑時，強度低、耐水性差、熱膨脹系數高問題，本發明采用在外表皮配方中使用硅酸鋰溶液和氫氧化鈣，硅酸鋰具有自干性，且生成不溶于水的干膜，耐干濕交替性極好；而且硅酸鋰在催化劑焙燒過程中，形成非常低甚至負膨脹的鋰霞石、鋰輝石。硅酸鋰同時與氫氧化鈣反應，生成膠凝物質硅酸鈣，反應式見下式(1)所示，這樣大直徑蜂窩陶瓷載體外表皮表面形成一層防水性薄膜。由于該薄膜不溶解、強度高，因此該薄膜的附著性能及防水效果均優于硅酸鈉、硅酸鉀、硅溶膠等材料所形成的薄膜。

Li₂SiO₃+Ca(OH)₂＝CaSiO₃↓+2LiOH (1)

作為優選，所述多級配堇青石粉末為80-120目、120-150目、150-180目、180-220目、300目以下的五種級配堇青石粉末。

根據最緊密堆積原理，優選地，五種級配堇青石粉末中80-120目所占質量比為16-28％，120-150目所占質量比為10-16％，150-180目所占質量比為6-16％，180-220目所占質量比為3-9％，300目以下所占質量比為41-53％。