1、一種新的蜂窩陶瓷制備工藝方法申請號/專利號：200910043017本發明公開了一種新的蜂窩陶瓷制備工藝方法，其方法步驟是：將牛膠、明膠、骨膠中一種或一種以上攪拌混合加水升溫溶解熬熟，制成混合溶液，再將混合溶液用80目篩過濾，濾液成為臨時黏結劑，在蜂窩陶瓷粉料中分別加入蜂窩陶瓷粉料重量510%的臨時黏結劑、0.52%的纖維素醛和510%的潤滑劑，進行捏合和真空練泥，形成具有良好的可塑性蜂窩陶瓷泥坯，將泥坯制成坯體，再定型干燥，將坯體置入窯爐中燒制而成。可降低擠壓成型生產蜂窩陶瓷的生產成本，每立方米蜂窩陶瓷成本可降低成本600元以上，提高了產品燒成合格率，它可大大減少有害氣體的排放，改善工作環境

2、，提高人們健康水平，有利于環境保護和生態平衡，增加了經濟效益，具有很好的社會效益。蜂窩陶瓷的成型蜂窩陶瓷的蜂巢結構形狀是由擠出成型而形成的，它的形狀是由模具形狀所決定。擠出模具的設計和制造是蜂窩陶瓷生產中的關鍵技術。擠出模具一般使用45號鋼或模具鋼制造，模具鋼板厚為1316mm,通常模具外徑比模具的有效擠出直徑要大于2030mm.。進泥孔打孔深度為610mm,以正方形蜂窩結構為例。其線切割深度為310mm。線切割縫寬即為產品的壁厚，一般在0.20.5mm范圍內，進泥圓孔面積與十字出泥孔面積比應為（1.11.2）:1為宜。打孔深度與掛塊長度之比應在（23）:（12）。否則易脫落。對于大孔產品，一

3、個送泥孔供應一個蜂巢泥料；對于小孔產品，一個送泥孔可代5/4左右個蜂巢泥料。擠出成型工藝是：泥料混后從模具中擠出、切割、最后粘拼既成。蜂窩陶瓷的成品率在很大程度上取決于干燥工藝，目前大多采用微波干燥工藝。蜂窩陶瓷過濾片蜂窩陶瓷過濾片該產品廣泛應用于冶金、鑄造行業金屬熔融物過濾，采用莫來石質（堇青石質）的陶瓷材料，高質高密度直孔網眼，使產品具有很高的耐熱沖擊和耐高燒鑄溫度的特性，直孔式設計保證了流量和強度間的平衡，有效地去除雜質和渣粒等，使鑄件機械性能、表面質量及產品合格率大大提高。特點：新型陶瓷材料，對氧化物具有自然的化學吸附（親和）能力，在孔的內壁上吸附金屬液中的雜質（包括小于孔尺寸的微粒）

4、，提高了過濾效果。先進的擠壓式生產工藝，使陶瓷過濾片具有獨特的正方形和三角形設計，它增加與陶瓷的接觸面積，提高了過濾片吸附和捕捉細小雜質的能力，比非擠壓式過濾片過濾效果佳，金屬液流動平穩。提高了澆注速度和連續性；減少鑄件廢品率；改善鑄件機械性能，延長使用壽命。3、泡沫陶瓷金屬溶液過濾器泡沫陶瓷過濾器產品是一種特殊工藝制作的，具有泡沫狀多孔結構的陶瓷制品，其具有化學性能穩定、強度高、耐高溫、抗熱震性好、比表面積大等諸多優點，被廣泛用于冶金、鑄造、環保等領域。使用陶瓷過濾片有以下幾方面的過濾效益：1）、鑄件結構濾除鑄件中的夾雜物，減少鑄件中的氣體，降低金屬液流充型時的紊流程度，減少鑄件的表面缺陷。

5、顯著地減少鑄件的廢品率。鑄件性能增加鑄件的抗壓密封性，增強延伸率和抗拉強度，改進鑄件的表面光潔度。鑄造性能改進熔融金屬的流動性，增加鑄件的充型能力和補縮能力。2）、澆注系統設計簡化了澆注系統設計。減少了橫澆道的長度，提高了鑄件工藝出品。鑄件加工減少了加工時間和刀具損壞，改進了鑄件加工表面質量它的使用可降低廢品60-80%。過濾片用戶年可獲利達千萬元。用途及優點陶瓷過濾片是消除鑄造缺陷，獲得質量完美鑄件的最佳凈化功能元件。可用于鑄造生產中各種液態金屬的型內過濾O產品的主要優點是：1、具有非常高的高溫工作強度，抗熱震性能和抗金屬液流沖擊的能力。在工作中無任何掉渣或破裂現象，確保了熔融金屬的過濾質量

6、2、具有極高的常溫強度和抗機械沖擊能力。在使用和運輸中無任何破裂或損壞，大大地方便了過濾片的使用操作。3、具有非常顯著的過濾效果。遠遠高于纖維過濾網的過濾效果。其顯著的過濾效果與速度判據過濾機理有關。4、能夠有效地減小澆注帶來的金屬液的紊流，使充型平緩，避免產生鑄件表面缺陷。5、具有較大的金屬流率，且流率穩定（不同于泡沫陶瓷過濾片其流率隨被捕捉的夾雜物數量的增加而逐漸降低）。即使在熔融金屬中夾雜物含量多的情況下，正常使用不會造成過濾片的堵塞。6、具有很高的化學穩定性，不受金屬液酸堿性的影響，不改變金屬液的化學成分。7、具有非常高的尺寸精度，可用于自動安放過濾片的生產線上。陶瓷過濾片的使用性能非

7、常明顯地優于纖維過濾網，纖維過濾網在過濾效果，減小金屬液紊流的作用，高溫強度等性能上都不如陶瓷過濾片。陶瓷過濾片是鑄造廠家從實用性，可靠性，質量和價格等方面考慮，為消除鑄件中的缺陷所選用的最佳型過濾器材質：莫來石質、堇青石質、高鋁質、碳化硅等。一.蜂窩陶瓷的特點：環保陶瓷陶瓷材料由于其高強度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨等特異性能可廣泛應用于各種環保領域，如汽車尾氣排放等。1。用于微過濾、超過濾和納過濾用的多孔超薄陶瓷和聚合陶瓷薄膜陶瓷無機膜的發展始于世紀美國科學家首次采用多孔陶瓷膜來分離腐蝕性極強的UF6同位素。由于SiO2、A12O3、MgO、ZrO2、TiC、UC等無機硅酸鹽材料制備的無機膜具有

8、聚合物有機薄膜無法比擬的優越性，21世紀起，無機陶瓷薄膜的開發和應用研究得到了更進一步的發展，除了傳統的核工業、航空航天、食品工業、化工、生物等工業，在環境領域的應用和發展特別引起了世界各國的重視。德國茵萊精密陶瓷有限公司已研發出具世界領先水平的用于微濾（1?m至30nm）、超濾（30nm至3nm）和納濾（3nm至0.9nm）用的多孔陶瓷薄膜，并已開發出多種規格和用途的工業實際應用成套分離和過濾裝置，如對含放射性物質廢水的三級陶瓷膜過濾凈化處理裝置。這種用于微濾、超濾、納濾用的多孔陶瓷薄膜是一種進行物質分離和能量傳輸的中間介質隔膜，薄膜根據實際需要制成所需孔徑（微米級、亞微米級和納米級微孔），

9、所有薄膜都有界定的阻斷過濾值，如超濾（用于對諸如乳膠濁液的清理、消毒滅菌和其它化學物質的純化）和納濾（用于固化微生物和細胞的生物陶瓷載體，固化后的生物膜用來生產如蛋白和疫苗這樣的生物活性物質）。其中，我司的0.9nm孔徑納濾膜是目前世界已知最小孔徑的納濾陶瓷膜，阻斷過濾值小至450g/mol,如果界定的阻斷過濾值為<1000g/mol,試驗證明可以對SO42的阻止高達90%。多孔陶瓷載體是上述三種陶瓷過濾膜的基礎，并決定過濾組件的形狀和陶瓷膜面積大小。我司開發的過濾組件在高至450C的溫度和60巴大氣壓的環境下能完全正常工作，可用各種酸堿液或蒸汽高溫沖洗。這些陶瓷載體通過不同生產工藝制造

10、出平板形、毛細管形、單孔道、多孔管道等。平板載體厚度1mm,需要時可用陶瓷粘接技術將多個盤形體層黏在一起。毛細管陶瓷載體的直徑可小至1.1mm。多孔管道陶瓷載體的尺寸大小不一（22孔道載體的標準尺寸為寬101mm,厚6mm,孔道直徑3mm）。載體的具體形狀、尺寸大小取決于陶瓷薄膜面積和分離過濾用途，并與不銹鋼套體結合一起使用。薄膜中間隔有一或數層多孔陶瓷體，用特別的工藝鍍膜在粗糙的多孔陶瓷基體上，陶瓷基體可以是多種形狀的平面或管道，其制備依據分離要求可用溶膠-凝膠工藝、發泡工藝、有機泡沫浸漬工藝、添加造孔劑工藝等備制。分離膜兩邊的物質粒子由于尺寸大小、擴散系數或溶解度的差異等，在一定力差、濃度

11、差、電位差或化學位差的驅動下發生傳質過程。傳質速率的不同會導致選擇性透過，進而引起混合物的分離。我司擁有目前世界上已知的所有納米陶瓷鍍膜工藝技術，包括溶膠鍍膜技術。常規的涂層技術如浸涂、噴涂、旋轉涂等也可用來制作溶膠薄膜，然后通過燒制或固化將這層溶膠薄膜轉化成陶瓷膜。各種鍍膜技術適合不同產品用途，含水多的溶膠鍍膜技術生成一種所謂的膠態溶液，其離散顆粒受表面荷質比影響非常穩定。溶膠層在400°C600°C溫度燒制，可以生成TiO2、ZrO2和y-A12O3這樣的間隙多孔薄膜，非常適合超過濾用途。通過可控水解生成帶自由羥基的齊聚物聚合溶液，這種生成過程可以通過加入一定量的水或加

12、入某種抑制水分解的絡合劑來實現，羥基通過縮聚作用在200°C500°C度時固化，形成陶瓷微孔網狀系統。由此可制成適用于納濾和納米級氣體分離的TiO2、ZrO2、A12O3和SiO2無定形微孔陶瓷膜。我司研制出的納米過濾薄膜，其孔結構與以粒子間孔結構為特征的微過濾和超過濾薄膜不同，是一種無單個粒子的不定形無組織微孔結構，通過聚合溶膠技術鍍膜而成。開發的陶瓷薄膜在制備時是根據要過濾和分離物質的大小的具體需要特制成所需孔徑和孔隙數量，故每一薄膜根據用途的不同而都有界定的阻斷過濾值，即這種陶瓷薄膜的孔徑和孔隙數量可根據用途不同在制備時予以調整。另外，陶瓷薄膜技術是以物理原理為基礎的

13、，無需化學品的輔助，沒有二次污染，效率高，能耗低，操作簡易。化學穩定性非常好，耐腐蝕、耐高溫、結構造型穩定、機械強度高，能經受高速粒子粉塵的沖擊，可在高壓高溫和腐蝕環境中應用，有利于提高流通量，并可有效地對陶瓷薄膜進行酸堿、高壓反沖和高溫蒸汽清洗。采用我司陶瓷膜的液相和氣體分離成套工業應用設備已經成功應用在包括核工業、航空航天、食品工業、醫藥、環保等眾多實際工業領域中，包括對放射性廢水的凈化處理、聚合物薄膜與陶瓷薄膜結合的抑制和排除蛋白的超過濾凈化、用于凈化處理含重金屬和有機物廢水的陶瓷薄膜生物反應器、凈化處理輻軋乳液的陶瓷薄膜超過濾凈化裝置、對生產玻璃纖維產生的廢水的兩級薄膜過濾凈化處理裝置

14、等等。陶瓷薄膜在環保中的過濾和分離應用范圍非常廣。在對紡織或印染廠的有色廢水經陶瓷薄膜凈化過濾處理時，不僅可清除各種有害化學物質，也可以對溶入水中的化學色劑分子進行分離回收并再次循環實用。薄膜陶瓷也可以通過將可溶金屬離子轉化成非溶性金屬碳酸鹽來減少工業廢水中的重金屬，當薄膜上的金屬碳酸鹽堆積到一定量時對其進行沖洗然后用另一過濾器回收，經濟效益非常明顯。由于納米孔徑級陶瓷薄膜的發展和應用，使采用無機陶瓷薄膜對含低分子有機污染物、重金屬離子、表面活性劑廢水的處理成為可能。故薄膜陶瓷不僅在凈化生活用水、處理工業用水和廢水等環境治理方面，同時在冶金、化工、食品、醫藥、生物技術等領域都有著極好的市場應用

15、前景。茵萊精密陶瓷有限公司的陶瓷溶膠鍍膜及各種溶膠和納米復合薄膜的生產完全是在公司超凈廠房內進行的(等級10/1005%;室溫：十°C)。不僅研發、生產各種薄膜，同時可為客戶研發設計適合客戶特定產品的陶瓷薄膜和過濾分離系統集成。2。陶瓷觸媒我公司開發的陶瓷催化或觸媒技術和產品在工業廢氣和廢水凈化處理中的應用已越來越廣泛。催化體的化學組成及設計因具體實際應用而各不相同，其幾何體和形狀可以多種多樣，如蜂窩瓷、顆粒陶瓷、球形陶瓷、多孔或單孔管道陶瓷等。典型的陶瓷材料有：堇青石、莫來石、塊滑石、高鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化錯、電剛玉、沸石、復合陶瓷等。用途從簡單的瓦斯焊槍、汽車尾氣處理、大型柴

16、油發電機的廢氣凈化到用于工業廢氣處理、熱交換及熱儲存的大型蜂窩瓷。例如：分解一氧化二氮(Nitrousoxide)的陶瓷觸媒在硝酸(Nitricacid)生產中，利用一種特殊的陶瓷觸媒體可完全分解一氧化二氮，將其分別分解至相應的元素而不會產生NOX,主要產品偌(NO)不會受任何影響。氧化碳氫化合物的陶瓷觸媒用鈣鈦類氧化材料研制的陶瓷觸媒體可以氧化碳氫化合物，其催化性能遠勝于貴金屬觸媒，特別在抗高溫、抗腐蝕、抗毒性和低成本經濟性方面表現尤為突出。氧化鹵代煌(Halogenatedhydrocarbons)的陶瓷觸媒在過渡金屬氧化物混合物基礎上開發的陶瓷觸媒可以分解鹵代燒，其活性、選擇性和使用壽命

17、要遠優于常規催化劑。汽車尾氣處理用陶瓷觸媒轉化器為了控制汽車的廢氣污染，降低一氧化碳、黑煙及其他有毒氣體的排放，觸媒轉化器從70年代末開始被使用在汽車上。在過去數十年中的技術發展中，汽車制造廠使用了許多不同的方式來降低排放污染，例如排氣循環、燃料箱油氣回收及引擎電子控制系統等，但觸媒轉化器一直是降低有害廢氣排放的最有效方法。在觸媒轉化器的化學反應中，貴金屬原子產生各種不同的過渡反應，使整體反應活化能降低，進而提高廢氣轉化成一般無害氣體的反應機率，而觸媒本身在化學反應后仍然保持原來的狀態，這是觸媒轉化器和傳統排煙過濾器的最大差異。觸媒轉化器不僅有良好的使用壽命，也避免了長期使用后被阻塞的可能性。

18、大部分的現代觸媒轉化器包含了兩個部分：還原性蜂窩瓷及氧化性蜂窩瓷。當廢氣通過還原性蜂窩瓷時，氮氧化物首先被分解為氮氣和氧氣。當廢氣進一步通過氧化性蜂窩瓷時，一氧化碳和碳氫化合物被進一步氧化成二氧化碳及水。此時前一階段產生的氧氣亦有助于此類氧化反應的進行，特別是高壓縮比的發動機，由于排放的氮氧化物濃度較高，在還原反應中產生的氧氣濃度亦明顯提高。二.蜂窩陶瓷生產工藝：汽車尾氣處理用的蜂窩陶瓷材料常為多孔堇青石，其每平方英寸400孔道的幾何外形，以及材料中23mm的多孔結構，產生了0.20.3m2/g的高比表面積。用同步電子輻射測量方法（EXAFS:extendedXrayabsorptionfin

19、estructure）可精確地測定貴金屬鉗元素在蜂窩陶瓷載體表面上的原子排列方式，顯示了鉗原子在堇青石陶瓷載體表面形成所謂的海棉狀結晶，使得觸媒轉化器內的氣體接觸面積平均在2000M2以上，同時也使氣體分子在觸媒轉化器中有足夠高的機率與貴金屬原子碰撞產生有效的觸媒轉化反應。除研發不同型號的全陶瓷載體外，茵萊賽米克高新陶瓷有限公司擁有生產復合、合金化以及陶瓷涂層的觸媒蜂窩瓷技術和生產工藝。1 、蓄熱式換熱技術是二十一世紀節能和環保最具有發展潛力的技術之一，是國家2002年發文重點推廣的節能環保項目。在占我國能源消耗20%左右的工業爐窯行業中，不僅能最大程度上節省原料，而且可大大降低燃燒后污染物的

20、排放量，尤其是NOX的排放。蓄熱式換熱技術滿足了我國工業可持續性發展戰略要求。幾年的應用實踐表明，該技術的關鍵所在是否能研制出高性能的蜂窩式蓄熱體。高性能的首選是高抗熱震性一高使用壽命。2 .目前存在的問題2.1 應用中的問題近幾年來的生產實際使用表明，蓄熱式燒嘴燃燒技術，在節能降耗和減少污染方面取得了令人矚目的成績。但是另一方面，蜂窩式蓄熱體較低的使用壽命，也令人產生了憂慮。當前蜂窩體的使用壽命，已經直接影響到這項有發展潛力的技術能否繼續推廣下去。近幾年來，雖然在蜂窩式蓄熱體材質和配方上加大了研制力度，但在結構上和制造工藝上并沒有改變，蜂窩體的使用壽命還是不理想。目前，國內的軋鋼廠加熱爐正在

21、使用的蜂窩式蓄熱體（以熱風溫度800c為例），在爐溫較低的線材加熱爐上使用壽命最長的約6個月，在中型材加熱爐上使用壽命最好的約3個月左右。鑒于上述原因，在大板坯加熱爐上至今也未能使用。使用壽命短給用戶帶來了很多不便，一是維修頻繁，影響到了正常生產；二是蜂窩體價格昂貴，增大了用戶成本。2.2 制造工藝的局限性耐火材料粉體成形，根據制品形狀和要求主要有下面五種。1）模壓成形是在粉料中加入有機粘合劑，填入金屬模型，沖壓成具有一定強度的成形體的方法。其優點是價格便宜，成形體的尺寸誤差小。2）等靜壓成形是制得均勻粉末成形體的方法。因其使用橡膠袋（模具），故也稱膠袋成形法。這種方法是將粉末裝入橡膠袋中，再

22、將裝有粉末的橡膠袋置于水壓室內進行成形，故可獲得良好的成形體。3）擠出成形是將經過混練的，可塑性高的陶瓷坯體從模孔中擠出的方法。陶瓷蜂窩體是很好的應用實例，目前國內制造陶瓷蜂窩體均采用此方法。4）注漿成形是用水等制作成帶有流動性的泥漿，將泥漿注入多孔質石膏模型內，水通過接觸面滲入石膏模型體內，表面形成硬層。這是一種制作石膏模內面形狀與成形體形狀相同的成形方法。陶瓷器的制作很早就使用這種方法。5）熱壓鑄成形是在粉末中加入塑料，用與樹脂成形相同的方法進行成形的方法。該法雖適用于復雜部件的成形，粘合劑用量超過1525%,則脫脂困難。陶瓷蜂窩體結構形狀是由擠出成型來制成的，它的形狀是由模具形狀所決定。

23、擠出模具的設計和制造是蜂窩陶瓷生產中的關鍵技術。擠出模具一般使用45號鋼或模具鋼，進泥孔打孔深度為610mm,以正方形蜂窩結構為例。其線切割深度為310mm,線切割于模具平面平行進行切割。線切割縫寬即為產品的壁厚，一般在0.20.8mm范圍內，進泥圓孔是垂直于模具平面鉆出，其面積與十字出泥孔面積比應為（1.151.2）:1為宜。擠出成型工藝是：原料配料球磨加入添加劑混料練料困料擠出成型切割干燥燒成成品。陶瓷蜂窩體的成品率在很大程度上取決于干燥，目前大多采用微波干燥工藝。擠出工藝存在兩方面的局限性：一是為能保持蜂窩體成型，在坯料中添加劑加入較多。如加水16-20%;有機結合劑7-10%;潤滑劑3

24、-5%;表面活性劑1-2%。二是蜂窩孔的壁厚受到限制，以蜂窩孔3>mm為例，其孔壁的厚度w1mm見擠出蜂窩體模具局部放大圖。.擠出蜂窩體易斷裂損壞因素探討.在制造過程中為能達到蜂窩體擠出時不斷裂，坯料應具備較好的可塑性，這就需要加入可提高坯料塑性的各種有機物，約占坯料的10%左右。有機物的外加入，影響了產品在高溫使用中的特性，加速了產品在高溫爐氣下的軟熔”現象。由于靠近爐膛一端蜂窩體通道表面出現軟熔”，蜂窩孔通道內壁表面粘度增大，通道表面粘度增大便會開始捕粘爐內的粉塵，尤其是金屬氧化粉末加速了堵塞結瘤和浸蝕燒損。.擠出成型模具的加工過程：十字形出泥通道是用線切割切出，進泥通道圓孔是直接用

25、鉆頭鉆出，所以通道壁表面無法達到精加工要求。由于通道表面不光滑，可縮性泥料在擠壓時是一種粘質流體，泥料在流動過程中也會有層流現象出現，最后會給制品帶來波紋或龍齒狀結構。在擠壓時泥料坯體在結構上會連續發生：破裂-禰補-再破裂-再禰補的頻繁重組過程，這個過程也會使坯料結構不斷變化形成的應力潛伏下來。因此成型的制品在干燥時要求的別嚴格，自然干燥超過十二小時以上蜂窩體外壁會開裂。所以自然干燥3-5小時必須采用微波干燥或低溫烘干，未能消除的結構殘余應力將潛伏在制品中，在高低溫頻繁的使用中蜂窩體將會破裂。.由于蜂窩通孔尺寸一旦確定（力求單位體積換熱面積最大），其壁厚受到限制，根據近年來研究蜂窩體結構強度文獻記載，蜂窩體法線方向受力是軸線方向的200-10000倍，而蜂窩體的結構恰恰是垂直于通道方向強度最薄弱。一是有制造時殘余應力；二是壁厚單薄強度極低，在生產使用中出現的拉拽應力已經大于法線方向孔壁的許用應力。.高性能蜂窩式蓄