高孔隙率陶瓷的快速烧制方法_2

文档序号:9815857阅读:来源:国知局
在一些实施方式中,烧制方法的第一阶段可包括将蜂窝陶瓷体生坯从室温加热至 大约300°C的第一温度。应当理解的是,如本文中所用,室温并不受到特别地限定且可包括 陶瓷体和/或加热装置在烧制方法的第一阶段开始前的任何环境温度。
[0027] 根据一些实施方式,第一阶段可包括一种加热速率,而在其它实施方式中,第一阶 段可包括多种加热速率。至少一种用于第一阶段中的加热速率可以足够高以避免蜂窝陶瓷 体的开裂。在一些实施方式中,至少一种用于第一阶段中的加热速率可大于或等于大约90 °C/小时。例如,在一些实施方式中,用于第一阶段中的加热速率可大于或等于大约100°C/ 小时,或甚至大于或等于125°C/小时。在一些实施方式中,用于第一阶段中的加热速率可小 于或等于大约150°C/小时,或甚至小于或等于125°C/小时。在一些实施方式中,用于第一阶 段中的加热速率可为大约90 °C /小时、大约125 °C /小时或大约150 °C /小时。
[0028] 如上所述,根据一些实施方式,可以在第一阶段中使用超过一种加热速率。在第一 阶段中使用超过一种加热速率可允许对第一加热阶段中的A T进行更好的控制。因此,特别 是对于较大的蜂窝陶瓷体而言,在第一阶段中使用多种加热速率可减少陶瓷体中裂纹的数 量。根据这样一种实施方式,可将蜂窝陶瓷体生坯从室温加热至大约150°C~大约205°C的 温度。在一些实施方式中,可将蜂窝陶瓷体生坯从室温加热至大约200°C的温度。在一些实 施方式中,可以大于或等于大约60 °C/小时且小于或等于大约80 °C/小时的加热速率将蜂窝 陶瓷体生坯从室温加热至大约150°C~大约205°C的温度。在一些实施方式中,可以大约70 °C /小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生坯从室温加热至大约150 °C~大约205 °C的温度。
[0029] 然后,可将蜂窝陶瓷体生坯从大约150°C~大约205°C的温度加热至大约215°C~ 大约250°C的温度。在一些实施方式中,可将蜂窝陶瓷体生坯从大约150°C~大约205°C的温 度加热至大约235°C的温度。然后,可以小于或等于大约20°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷 体生坯从大约150°C~大约205°C的温度加热至大约215°C~大约250°C的温度。在一些实施 方式中,将蜂窝陶瓷体生坯从大约150°C~大约205°C的温度加热至大约215°C~大约250°C 的温度的加热速率可小于或等于大约15°C/小时,或甚至小于或等于大约10°C/小时。在一 种实施方式中,可以小于大约8°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生坯从大约150°C~大约 205 °C的温度加热至所述大约215 °C~大约250 °C的温度。
[0030]根据一些实施方式,可以大于或等于大约90°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生 坯从大约215°C~大约250°C的温度加热至大约300°C的第一温度。在一些实施方式中,可以 大于或等于大约90 °C/小时且小于或等于大约150°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生坯从 大约215°C~大约250°C的温度加热至大约300°C的第一温度。根据一种实施方式,可以大约 125°C/小时的加热速率将蜂窝陶瓷体生坯从大约215°C~大约250°C的温度加热至大约300 °C的第一温度。
[0031 ]如提交于2013年3月8日的名为"陶瓷的快速烧制方法"的美国临时专利申请系列 号61/775027中所描述的那样,第一阶段中的加热速率可取决于被烧制的蜂窝陶瓷体的尺 寸,该申请通过引用纳入本文。例如,小尺寸的蜂窝陶瓷体可在高加热速率下加热,而更大 的蜂窝陶瓷体可在更低的加热速率下加热。根据一些实施方式,使用相对较高的第一阶段 加热速率可促进不产生裂纹的烧制。相比于已知的烧制方法,第一阶段中的加热速率可以 很高,例如上述的加热速率。这些更高的加热速率不同于常规理解,在常规理解中,预计这 种高加热速率会由于增大了热梯度而导致开裂。不受任何理论的约束,可以在不发生开裂 的条件下达到这种高热梯度,因为高加热速率与低氧气供给(通过较低的〇 2含量或缩短反 应时间)的结合可抑制可能导致收缩的粘合剂的反应和造孔剂的反应。因此,可通过较低的 差异性收缩来将高热梯度的影响降至最低。另外,高加热速率也会提高整个生坯中的反应 的均匀性。在更低的加热速率下,生坯会在其表层部分表现出高氧气反应途径,而在其核心 部分表现出低氧气反应途径。这也会导致在第一阶段中在生坯中产生较低的差异性收缩。 即使在第一阶段中避免了开裂,这也不会消除其在后续阶段中容易开裂的特性。后续阶段 可需要通过更加常规的方法来管理,例如不同的加热速率和〇 2水平的控制。另外,也可以考 虑通过被烧制的蜂窝陶瓷体的尺寸来帮助控制开裂以及帮助改变加热速率。
[0032]应当理解的是,蜂窝陶瓷体的表面与蜂窝陶瓷体的核心之间的较大的温差(ΔΤ) 会增加应力,从而增加蜂窝陶瓷体开裂的可能性。蜂窝陶瓷体中的高应力可在ΔΤ值最大的 炉温下产生。然而,蜂窝陶瓷体在用于烧制蜂窝陶瓷体的方法的第一阶段中的应力不会很 大,因此,可以在烧制方法的第一阶段中使用高加热速率和热梯度而不会引入大量的会最 终使蜂窝陶瓷体开裂的应力。
[0033] 在一些实施方式中,用于直径小于或等于大约5.6英寸的陶瓷体的第一阶段中的 最大加热速率可小于或等于大约150°C/小时。在一些实施方式中,用于直径小于或等于大 约8.0英寸的陶瓷体的第一阶段中的最大加热速率可小于或等于大约125°C/小时。
[0034] 如上所述,第一阶段中的加热速率可取决于被烧制的蜂窝陶瓷体的尺寸。根据一 些实施方式,使用相对较高的第一阶段加热速率可促进不产生裂纹的烧制。相比于已知的 烧制方法,第一阶段中的加热速率可以很高,例如上述的加热速率。这些更高的加热速率不 同于常规理解,在常规理解中,预计这种高加热速率会由于增大了热梯度而导致开裂。不受 任何理论的约束,可以在不发生开裂的条件下达到这种由更高加热速率导致的高热梯度, 因为高加热速率与低氧气供给(通过较低的〇 2含量或缩短反应时间)的结合可抑制可能导 致收缩的粘合剂和造孔剂的反应。因此,可通过较低的差异性收缩来将高热梯度的影响降 至最低。另外,高加热速率也会提高整个生坯体中的反应的均匀性。在更低的加热速率下, 生坯会在其表层部分表现出高氧气反应途径,而在其核心部分表现出低氧气反应途径。这 也会导致在第一阶段中在生坯体中产生较低的差异性收缩。即使在第一阶段中避免了开 裂,这也不会消除其在后续阶段中容易开裂的特性。后续阶段可需要通过更加常规的方法 来管理,例如不同的加热速率和〇2水平的控制。另外,也可以考虑通过被烧制的蜂窝陶瓷体 的尺寸来帮助控制开裂以及帮助改变加热速率。
[0035] 可以压低第一阶段中的加热装置内的气氛的氧气水平。理论上,在第一阶段中使 用高加热速率可允许在本文所述的烧制方法的第一阶段中比在蜂窝陶瓷体的常规烧制方 法中存在更多的氧气。根据一些实施方式,在第一阶段中对蜂窝陶瓷体生坯的快速加热不 会使得氧气与蜂窝陶瓷体生坯中残留的元素在蜂窝陶瓷体生坯达到第二或第三阶段的温 度前发生反应。在一些实施方式中,第一阶段中的加热装置内的气氛中的氧气量可为大约5 体积%~大约8体积%。在另外一些实施方式中,第一阶段中的窑内气氛中的氧气量可为大 约6%、或甚至为大约7%。第一阶段中的窑内气氛中的氧气量通常低于蜂窝陶瓷体的常规 烧制方法中所使用的氧气量。
[0036] 可以利用任意合适的方法来控制窑内气氛中的氧气水平。在一些实施方式中,可 以通过将氧气注入窑内来改变窑内气氛中的氧气水平。在其它施方式
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