[发明专利]陶瓷结构的改良微波干燥

说明书

背景技术

本发明涉及一种通过微波干燥器干燥陶瓷制品的方法，具体是通过微波干燥 器干燥陶瓷蜂窝结构的方法，该干燥器促进均匀干燥蜂窝结构，从而缓解或消除了 热引发的结构降解。

在每平方厘米蜂窝横截面上横截面通孔密度约为1/10到100或以上通孔 (cell)或通道(channel)的陶瓷蜂窝结构有数种用途，包括用作颗粒过滤体，催化 基材，和固定换热器。过滤应用通常需要结构中选定的通孔被密封或堵塞其各端的 一头或两头，从而实现壁流过滤(即通过引导至少一些流体(fluid)通过其多孔通道 壁，使流体过滤穿过结构)。

陶瓷蜂窝制造涉及几个已知步骤。一般说，首先通过例如挤压，用陶瓷原料 的含水塑化混合物形成蜂窝形状。接着干燥成形的蜂窝体，以固化所需的蜂窝结构， 和最终焙烧，以使陶瓷原料烧结或反应-烧结成牢固的整体式陶瓷制品。

参见附图，附图标记8(图1)一般指出了一陶瓷制品，其类型是催化基材和柴 油尾气颗粒滤器之类的应用中熟知的。这两种情况下的基本结构是包括相交基材的 陶瓷蜂窝10，被外壁15包围的多孔的通孔薄壁14。在所示的例子中，提供了圆形 截面构型的结构10，其包括第一端13，第二端16和中间部分17。壁14在第一端 面18和相对的第二端面20之间延伸，并通过它们，形成大量邻接的中空通道22， 其在结构10的端面18和20之间延伸，并在这两个端面上是开放的。

为了由结构10(图2和3)形成滤器，密封每个通孔22中的一端，通孔22的 第一亚组24在第一端面18被密封，通孔22的第二亚组26在基材10的第二端面 20被密封。端面18和20中的任何一个都可被用作制成滤器的入口面。然后焙烧 具有密封的结构10，形成滤器。

在操作中，被污染的流体在压力下被带到入口面，并通过在入口面具有开放 端的通孔进入滤器。由于通孔在相对端(即物体的出口面)被密封，被污染的流体被 迫通过多孔薄壁14进入在入口面被密封而在出口面开放的相邻通孔。太大而不能 通过壁的多孔结构的流体中的固态颗粒污染物被留下，清洁过的流体通过出口通孔 流出滤器，备用。

先前使用的一些干燥陶瓷蜂窝结构的方法由于热引发的结构降解使得结构强 度下降。结构强度要求对于用于机动车尾气排放控制系统中机械上苛刻环境中的陶 瓷催化基材和滤器来说要求特别高。然而，对于这类滤器和基材的大规模生产来说， 能迅速和尽可能便宜的干燥陶瓷基材，同时维持结构完整性和强度是非常需要的。

过去在陶瓷蜂窝制造中使用了各种干燥技术，包括传导加热、对流加热、和 RF加热。已使用微波加热来实现比传导和/或对流加热所单独能提供的更高的容积 加热均一性，而同时也提供了低操作成本和降低了加工时间。然而，用于构造陶瓷 基材和滤器的一些陶瓷材料，特别是包含用于制造堇青石、莫来石、钛酸铝的批料， 和类似的包含石墨添加剂以提高蜂窝孔隙度的陶瓷更难通过微波来干燥。在干燥方 面还有问题的是直接掺杂了例如过渡金属氧化物催化剂的材料的蜂窝，其中催化剂 包含半导性或在所需的微波干燥频率下损耗很大的组分。

这些干燥困难是由于微波辐射不能完全进入和有效均匀加热这些材料内部部 分引起的，因为在陶瓷批料混合物中存在石墨或其它损耗大的材料，引起微波穿透 性下降。后果是用微波辐射干燥这样的蜂窝会引起不可接受的局部加热，从而导致 不稳定处理，弱选择率和更低质量的器皿。例如，干燥含有30％石墨添加剂的钛酸 铝基材会产生不良边缘加热，导致有关的滤器中产生裂缝和/或外形问题。

对该干燥问题的一种可能解决方案是简单地从干燥好的蜂窝部件中除去受损 的边缘部分。该解决方案明显效率不高，而且产生了可观的浪费。其它解决方案包 括改变陶瓷批料混合物的组成，以减少其中石墨或其它损耗大的材料的量，或使用 多个干燥步骤，或使用干燥方法的组合(例如微波加上热空气干燥)，以实现没有结 构损伤的干燥。然而，这些替代方案的每一个都需要不必要的妥协，例如较低质量 的终产品和/或制造成本增加。

因此，需要一种干燥陶瓷基材的方法，它减少陶瓷基材内的不良非均匀干燥 特征，因此减少了有害的热引发应力破裂和基材的结构降解，而同时减少相关循环 时间，以及相关的操作成本。

发明内容