一种高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及蜂窝陶瓷领域，尤其涉及一种高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、蓄热式热氧化焚烧炉(regenerative thermal oxidizer，简称rto)是一种用于处理和净化工业废气的设备，通过高温氧化分解有机污染物(如挥发性有机化合物vocs)以及其他有害气体，达到净化排放的目的。rto利用蓄热材料(如蜂窝陶瓷)来回收废气中的热量。蜂窝陶瓷具有高热容、优异的热导率和较大的表面积，这使其能够快速吸收、存储和释放热量。此外，蜂窝结构的通道设计减少了气体流动的阻力，提高了传热效率，同时材料本身的化学稳定性和耐高温性能也确保了其在高温环境中的长期稳定性和耐用性，从而提高热效率并降低运行成本。然而，蜂窝陶瓷的工作温度在25℃-850℃之间来回震荡，其在rto设备中为层层堆叠的状态，且陶瓷壁厚都很小，这对陶瓷的性能提出了挑战。

2、专利cn101798212b公开了一种致密性氧化铝陶瓷制品的制备方法，首先合成钛酸铝陶瓷，制成粉体后，进行注凝成型，最后烧成制得，钛酸铝陶瓷的合成原料的重量百分组成为：三氧化二铝37.18～53.1％、二氧化钛32.82～46.9％和添加剂0～30％；其中，添加剂的重量组成为：莫来石0～30％、镁铝尖晶石0～30％、堇青石0～40％和碱式碳酸镁0～100％。

3、专利申请cn112723903a公开了一种钛酸铝-莫来石复合陶瓷及其制备方法、多孔介质燃烧器及陶瓷过滤器，属于陶瓷技术领域。钛酸铝-莫来石复合陶瓷包括质量比为6～7:3～4的钛酸铝晶相和莫来石晶相；钛酸铝-莫来石复合陶瓷的稳定成分选自氧化镁、氧化锶、二氧化硅、三氧化二铁、氧化铈、三氧化二镧和氧化钇中的至少一种。

4、专利cn108017387b公开了一种钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵及其制备方法和应用，涉及耐火材料技术领域，该方案提供的钛酸铝-莫来石-刚玉匣钵主要以钛酸铝、特定粒径的莫来石、特定粒径的刚玉粉、钛白粉、氧化铝、氧化镁粉和黄糊精为原料，该方案的烧结温度过高，为1500摄氏度以上。

5、由上可知，钛酸铝能提高陶瓷抗热震性，钛酸铝高温分解导致的力学性能下降问题也可以通过复合加入氧化钇、氧化镁、三氧化二铁、氧化铈等稳定剂来解决。对于堇青石-莫来石-刚玉体系的复相陶瓷而言，钛酸铝与稳定剂添加的量不宜过多，同时陶瓷烧结温度不宜过高(温度大于1400℃堇青石易发生分解)，这会导致稳定剂对钛酸铝的效果不显著。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷及其制备方法，制得的复相蜂窝陶瓷同时具有高致密度和低膨胀系数。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷的制备方法，混合陶瓷原料中添加有预烧结复合添加剂，所述预烧结复合添加剂为所述混合陶瓷原料重量的5～9wt％，所述预烧结复合添加剂由质量比为1:5～7的氧化钇和钛酸铝混合，在1350～1600℃下预烧结、研磨制得。

4、本发明通过在混合陶瓷原料中添加预烧结复合添加剂，使制得的复相蜂窝陶瓷同时具有高致密度和低膨胀系数，同时避免开裂，降低烧结温度。

5、本发明通过氧化钇提高陶瓷致密度，通过钛酸铝降低陶瓷热膨胀系数，通过氧化钇+钛酸铝预烧结复合添加改善钛酸铝带来的力学性能下降问题。

6、根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

7、在其中一个优选的实施例中，所述预烧结复合添加剂预烧结的温度为1500～1600℃。

8、该预烧结的温度范围具有较低的热膨胀系数和较高的抗压强度。

9、在其中一个优选的实施例中，所述预烧结复合添加剂预烧结的时间为1～3h。

10、在其中一个优选的实施例中，所述混合陶瓷原料中还添加有3～5wt％的氧化钇。

11、通过添加氧化钇能进一步地促进陶瓷致密，提升陶瓷力学性能。

12、在其中一个优选的实施例中，所述的高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷烧结温度为1150℃-1400℃。

13、本技术通过在混合陶瓷原料中添加预烧结复合添加剂，降低复相蜂窝陶瓷的烧结温度。

14、在其中一个优选的实施例中，所述的高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷烧结温度为1150℃-1350℃。

15、在其中一个优选的实施例中，所述混合陶瓷原料为堇青石-莫来石-刚玉复相蜂窝陶瓷原料；优选地，所述混合陶瓷原料包括以下重量份的原料：氧化铝含量>80％的铝矾土粉末40-60份、堇青石粉末2-6份、苏州高岭土1-4份、焦宝石粉末0.5-1.5份、莫来石粉末20-35份、钾长石2-4份、生滑石4-9份、粉末总质量2-5wt‰的分散剂、粉末总质量0.5-2wt‰的助磨剂。

16、本发明尤其适合堇青石-莫来石-刚玉复相蜂窝陶瓷，复相蜂窝陶瓷通常具有良好的综合性能，其中堇青石为陶瓷提供良好的抗热震性；莫来石耐高温且能有效提高陶瓷力学性能；刚玉相则能改善陶瓷热力学性能。

17、在其中一个优选的实施例中，所述的高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

18、(1)按重量份称取各原料，球磨制得混合料；

19、(2)在混合料中加入纤维素、润滑剂、增塑剂和水，捏合制得捏合泥段；

20、(3)将捏合泥段进行精炼，制得精炼泥段；

21、(4)使用模具将精炼泥段压制成所需产品，得到湿坯；

22、(5)将湿坯进行烘干，得到干坯；

23、(6)将干坯两端切割，得到切割干坯；

24、(7)将切割干坯烧制得到陶瓷成品。

25、优选地，步骤(1)中以每分钟10-40转的转速球磨6-10小时。

26、优选地，步骤(2)采用捏合机进行捏合，捏合的转速为20-40转每分钟，捏合20分钟。

27、优选地，步骤(2)中纤维素为hpmc，粘度为5～15万，添加质量为混合料质量的1-4％。所述润滑剂为棕榈油，添加质量为混合料质量的1-3％，添加温度为26～30度。所述增塑剂为聚环氧乙烯，优选地，聚环氧乙烯为100-800万分子量，进一步优选地，所述增塑剂添加质量为混合料质量的3-10‰。水的添加量为混合料质量的10-20％。

28、优选地，步骤(3)中采用真空练泥机进行精炼，精炼的真空度为0.06-0.09。

29、优选地，步骤(6)中切割尺寸为成品长度的1-1.20倍。

30、优选地，步骤(7)烧制的温度为1150℃-1400℃。

31、优选地，所述助磨剂为硬脂酸、乙二醇、丙二醇中的一种或几种。所述分散剂为聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、三乙醇胺中的一种或几种。

32、本发明还公开了一种根据所述的制备方法制得的高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷。

33、本发明还公开了一种高致密低膨胀的复相蜂窝陶瓷，热膨胀系数小于4.9×e-6，抗压强度＞58mpa。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、(1)预烧结制度有效抑制了钛酸铝的分解，同时能保证陶瓷在较低的温度下烧结。

36、(2)本发明制得的蜂窝陶瓷产品具有高致密和低热膨胀的特性。所掺添加剂中，氧化钇能钉扎于晶界处抑制晶粒异常长大，钛酸铝能降低热膨胀系数。