[发明专利]一种低热膨胀大直径蜂窝陶瓷载体及其制备方法

说明书

一种低热膨胀大直径蜂窝陶瓷载体及其制备方法，该低热膨胀大直径蜂窝陶瓷载体外表皮制备原料包含多级配堇青石粉末、硅酸锂溶液、氢氧化钙粉末、有机粘结剂、水，常温干燥后可满足高强度、高耐水的要求。本发明的蜂窝陶瓷载体的外表皮解决了使用其他粘结剂如硅酸钠、磷酸盐、硅溶胶配制外表皮出现强度低、耐水性差、热膨胀系数高的问题，同时比围边后再焙烧工艺方式成本低以及解决了催化剂涂覆时催化剂渗漏问题。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种高强度、高耐水、低热膨胀大直径蜂窝陶瓷载体及其制备方法。

背景技术

近年来，随着机动车保有量的增加，然而，机动车排放废气中含有的大量微粒逐渐成为目前城市污染的主要来源，严重威胁到人类的生存环境，对其进行及时有效处理成为必要。机动车后处理系统是对排放废气进行处理以满足严格法规的必备后处理系统核心部件。在汽车应用中，堇青石陶瓷蜂窝体制品常被用作废气纯化催化剂载体。

由于不可预知的干燥及烧缩，目前不能制造出由原始设备制造商(OEM)和供应链设定的严格尺寸要求的具有大直径的蜂窝陶瓷载体及基材。因此，硬化、固化的陶瓷泥浆已被用来形成堇青石整体的外表皮。将硬化、固化陶瓷泥浆进行混合并涂抹于烧制的，波状的基材外圆侧面上，然后可以将湿的表皮在外部环境下或在升高的温度下通过对流或微波干燥进行干燥，来满足下游产家如催化剂产家、封装产家所需的催化剂涂层、封装及其任何其他所需的下游处理。

目前大直径(直径≥190.5mm)蜂窝陶瓷载体的外表皮一般采用一种或两种粉末当基体，采用硅酸钠、硅酸钾、磷酸盐溶液为粘结剂；还有如CN103339088A则采用一种或两种二氧化硅粉末当基体，采用硅溶胶为粘结剂、耐高温纤维为增强剂，依靠电熔二氧化硅本身的低热膨胀降低外表皮的热膨胀，然而该方法存在成本较高、电熔二氧化硅长时间受热转化为高膨胀结晶石英的风险，同时没有考虑到外表皮的耐水性。

现有大直径蜂窝陶瓷载体的外表皮制备方法通常存在成本较高、外表皮耐水性差，在催化剂涂覆时，溶液进入外表皮，外表皮容易出现脱落、粉化现象。

发明内容

为此，本发明的目的之一是提供一种低热膨胀大直径蜂窝陶瓷载体，本发明的载体具有高强度、高耐水性能，决了外表皮涂覆催化剂时，强度低、耐水性差、热膨胀系数高的问题。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低热膨胀大直径蜂窝陶瓷载体，包括蜂窝体和蜂窝体外周的外表皮，该外表皮的制备原料包含多级配堇青石粉末、硅酸锂溶液、氢氧化钙粉末、有机粘结剂、水。

为了解决外表皮涂覆催化剂时，强度低、耐水性差、热膨胀系数高问题，本发明采用在外表皮配方中使用硅酸锂溶液和氢氧化钙，硅酸锂具有自干性，且生成不溶于水的干膜，耐干湿交替性极好；而且硅酸锂在催化剂焙烧过程中，形成非常低甚至负膨胀的锂霞石、锂辉石。硅酸锂同时与氢氧化钙反应，生成胶凝物质硅酸钙，反应式见下式(1)所示，这样大直径蜂窝陶瓷载体外表皮表面形成一层防水性薄膜。由于该薄膜不溶解、强度高，因此该薄膜的附着性能及防水效果均优于硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶等材料所形成的薄膜。

Li₂SiO₃+Ca(OH)₂＝CaSiO₃↓+2LiOH (1)

作为优选，所述多级配堇青石粉末为80-120目、120-150目、150-180目、180-220目、300目以下的五种级配堇青石粉末。

根据最紧密堆积原理，优选地，五种级配堇青石粉末中80-120目所占质量比为16-28％，120-150目所占质量比为10-16％，150-180目所占质量比为6-16％，180-220目所占质量比为3-9％，300目以下所占质量比为41-53％。