[发明专利]一种堇青石蜂窝陶瓷载体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种堇青石蜂窝陶瓷载体的制备方法及其制备方法，该制备方法包括：采用包括组分A、组分B和硅胶粘结剂的原料配制3D打印浆料，而后采用3D打印浆料进行直写3D打印，制得成型坯体，再将成型坯体进行烧结处理；其中，组分A为氧化镁和/或氢氧化镁，组分B为三氧化二铝和/或氢氧化铝，两者的粒径为30μm以下。通过以上方式，本发明通过3D打印浆料的调配，以及根据目标蜂窝陶瓷载体的参数要求，确定打印参数进行直写3D打印成型，可实现不同孔型、不同孔壁厚和不同孔密度的蜂窝陶瓷载体的快速成型；制备方法简单，易于实施，可制备高孔密度的堇青石蜂窝陶瓷载体，所得堇青石蜂窝陶瓷载体性能良好。

技术领域

本发明涉及多孔蜂窝陶瓷技术领域，具体涉及一种堇青石蜂窝陶瓷载体及其制备方法。

背景技术

蜂窝陶瓷作为燃烧催化载体，广泛应用于工业去除VOCs污染、帮助回收利用热能；同时，也可以应用于家用燃气炉灶，可以提高煤气燃烧的热效率，降低有害物质排放。研究显示，提高蜂窝陶瓷的比表面积可以显著提高催化效率，而蜂窝陶瓷的比表面积随着单位孔数量的增加而增加。目前的蜂窝陶瓷孔密度多集中在62～93孔/cm²之间；美国、日本已经研制出了93～140孔/cm²甚至高达186孔/cm²的高密度孔蜂窝陶瓷；相对来讲，中国蜂窝陶瓷的制备工艺相对落后，目前已经可以生产62孔/cm²的模具，93孔/cm²挤出成形模具的研究也取得了初步成功。

蜂窝陶瓷目前的主要发展方向是近零膨胀系数、更高的孔密度、更薄的间壁(厚度可小于人的头发直径)等方向发展，但是随着孔密度加大其制备成本增加，制备过程也更复杂。堇青石蜂窝陶瓷具有热膨胀系数低、热稳定性好、吸附性能好等优点，是一种性能优良的蜂窝陶瓷载体。但是传统加工工艺所制备的堇石青孔密度较小，限进了其性能的进一步提升。因此，有必要开发出一种新型适于制造高孔密度的堇青石蜂窝陶瓷的方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种堇青石蜂窝陶瓷载体及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种堇青石蜂窝陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用堇青石蜂窝陶瓷载体的原料配制3D打印浆料；

S2、采用所述3D打印浆料进行直写3D打印，制得成型坯体；

S3、将所述成型坯体进行烧结处理，制得堇青石蜂窝陶瓷载体；

步骤S1中，所述堇青石蜂窝陶瓷载体的原料包括组分A、组分B和硅胶粘结剂；所述组分A为氧化镁和/或氢氧化镁，所述组分B为三氧化二铝和/或氢氧化铝，所述组分A和所述组分B的粒径为30μm以下；所述组分A、所述组分B和所述硅胶粘结剂的质量比为1：(0.1～10)：(0.1～10)。

直写3D打印是一种以挤出方式成型的3D打印技术，其成型的关键在于对浆料流变学性质的调控。浆料需具备合适的黏度、模量和剪切变稀特性，且足够均匀，使其能够持续顺滑地从较细的针头流出而不堵塞针头，而且在成型之后具备足够的强度保证结构不坍塌。步骤S1中配制3D打印浆料采用硅胶粘结剂为原料，是由于硅胶的流变学性质可满足直写3D打印技术的要求，适合直写3D打印成型，以其为原料与以上组分A和组分B混合配制3D打印浆料，浆料的流变学性质可满足直写3D打印技术的要求；另外，硅胶在高温下分解为二氧化硅，是合成堇青石的主要原料之一，以硅胶作为硅源合成堇青石，将堇青石合成和3D打印成型一体化，两者合二为一，可简化成型的步骤。根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述硅胶粘结剂选自聚二甲基硅氧烷、玻璃胶、室温硫化硅橡胶(即RTV有机硅胶)中的至少一种。