專利名稱：陶瓷蜂窩體的擠出方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明是關(guān)于低熱膨脹，薄壁型堇青石陶瓷蜂窩體的制造。該載體結(jié)構(gòu)材料由氧化鎂、氧化鋁和硅酸鹽原材料組成。而且，更主要的是本發(fā)明是關(guān)于改進(jìn)擠出成型方法，成型的蜂窩體質(zhì)量高，壁薄且其周身外殼無裂縫。
美國專利No.3,790,654和No.3,885,977描述了采用蜂窩體擠出模將增塑陶瓷混合料制成多孔狀堇青石結(jié)構(gòu)，且熱膨脹低的蜂窩體。這一類蜂窩體在汽車尾氣處理系統(tǒng)中作控制排放的催化劑載體，仍有廣泛商業(yè)用途。
在已有的跟堇青石型蜂窩體擠出有關(guān)的技術(shù)中，大多包括有各種不同結(jié)構(gòu)的擠出模及其操作模式，所有一切都為通用設(shè)計，成型的堇青石蜂窩體具有網(wǎng)格或通道式芯體結(jié)構(gòu)，大多數(shù)情況被一光滑完整的外殼層包圍。典型的是所用的擠出模是多組件組包括至少有一個網(wǎng)格生成模體和一個外殼形成罩或附加在該模體出料端的罩組件。模體包括有入口流道或引到模具放料面上放料槽交叉陣列上的輸送孔。通過放料槽、混合陶瓷料被擠壓成十字交叉網(wǎng)格而中心成通道式芯的蜂窩體。外罩通常是環(huán)狀套管式結(jié)構(gòu)，它限定了蜂窩體的圓柱面，也即形成了蜂窩體的外表層。
許多已知關(guān)于模具結(jié)構(gòu)的技術(shù)是特別設(shè)計或針對解決有關(guān)的問題，如外殼在網(wǎng)格狀蜂窩芯附著性差。在擠出過程中由于外殼的粘連，造成蜂窩芯外圍網(wǎng)格的變形。提高外殼附著性就要求擠出成形的外殼和形成的網(wǎng)格室壁之間要施加或維持至少漸漸收斂的粘接壓，壓力過高會造成載體外圍網(wǎng)格和網(wǎng)格室的變形。
美國專利No.4,349,329揭示的擠出模，它的設(shè)計特別在于減小外圍網(wǎng)格室的變形。在該設(shè)計中，外殼混合料被收集在外殼形成罩下方的收集區(qū)，然后通過模體和該罩之間縫隙擠出。再跟從模體擠出的網(wǎng)格狀蜂窩芯體相連。芯體具有加厚的外圍網(wǎng)格通道壁，在擠出過程中由于外殼層跟芯體粘連在一起而具有抗變形特征。美國專利No.5,219,509描述另一種模具設(shè)計，其特征為一股單獨原來由外殼罩下方的外圍收集區(qū)向內(nèi)流向形成外殼的混合料，經(jīng)由該罩和模體改為流向幾近平行、但稍向模具擠出軸方向收縮的流動通道。這種設(shè)計減小了外圍網(wǎng)格室的網(wǎng)格部分的變形，這是因為施加在網(wǎng)格室上外殼壓力受到限制。
本發(fā)明認(rèn)識到各種各樣控制外殼擠出厚度的手段。例如，美國專利No.4,668,176和No.4,710,123描述的模具設(shè)計，其特征在于通過控制模體和形成罩之間形成的間隙大小進(jìn)而控制外殼厚度，還顯示了通過調(diào)節(jié)向模具外殼形成區(qū)供給混合料量的方法，使選定外殼厚度所需的物料流量保持穩(wěn)定。
在已有的技術(shù)中，擠出工藝的共同特征是擠出的塑性混合料一次性擠壓，且控制物料的粘度，使得外殼擠出速度嚴(yán)密跟蜂窩狀芯體的擠出速度匹配。例如，已
公開日本專利JP 61-005915揭示改進(jìn)后的模具設(shè)計，蜂窩狀芯體擠出速率跟外殼擠出速率匹配較為恰當(dāng)。
匹配之所以重要是因為在芯體與外殼界面上擠出載體時，網(wǎng)狀芯體和外殼部分的過度剪切力被認(rèn)為造成外殼附著力下降，外圍網(wǎng)格變形增加，或二者兼有的原因。
由于廢氣，尤其是汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，要求大大降低蜂窩體的壁厚和提高通道數(shù)密度，以改善催化效率。例如，作為超薄壁型蜂窩體，現(xiàn)在規(guī)定其通道壁或網(wǎng)格壁的厚度為0.004英寸(0.10mm)或更小。要求大大提高。同時，600-1200通道數(shù)/英寸2(約90-190/cm2)的蜂窩體正進(jìn)入高速發(fā)展或商業(yè)應(yīng)用階段。
盡管現(xiàn)有的和新冒出的擠出模設(shè)計可以用來擠出肉眼不見缺陷的超薄型蜂窩體，但仍須解決那些精細(xì)構(gòu)造產(chǎn)品獨特的新問題。其中之一，跟外殼有關(guān)的、被稱之為“環(huán)狀裂縫”的問題。這類裂縫方向正好跟載體通道軸向相反。僅在燒成期間出現(xiàn)在超薄型蜂窩體的外殼層。這些裂縫可以沿著已龜裂載體多處產(chǎn)生?？梢员榧拜d體周身，招致產(chǎn)品無法外銷。為找出裂縫的起因，我們設(shè)計大量實驗確定裂縫產(chǎn)生在燒成全過程中的冷卻階段。
采用常規(guī)擠出方法和裝置，在常規(guī)外殼和常規(guī)網(wǎng)格厚度下，燒成后的載體不會產(chǎn)生裂縫，卻容易在某些混合料生產(chǎn)的超薄壁型蜂窩狀產(chǎn)品，經(jīng)燒成后產(chǎn)生環(huán)狀裂縫。盡管還在濕胚或經(jīng)干燥后的毛坯并無初裂或部分開裂缺陷，但一經(jīng)灼燒，蜂窩體見有裂縫。
發(fā)明概述為確定裂縫行為的起因，我們設(shè)計的大量實驗確定超薄壁型蜂窩體外殼的環(huán)狀裂縫是在燒成過程中冷卻階段造成。根據(jù)這項發(fā)現(xiàn)以及進(jìn)一步分析，裂縫的產(chǎn)生跟批料中高縱橫比的顆粒排列不當(dāng)有關(guān)，這種排列不當(dāng)產(chǎn)生在擠出過程中擠出外殼層時。
本發(fā)明通過改進(jìn)外殼混合料顆粒的排列消除了環(huán)狀裂縫。排列度跟載體網(wǎng)格芯體部分觀察到的排列相似。這是對超薄壁型蜂窩體的表層擠出方式作了變動后獲得的結(jié)果。
因此，關(guān)鍵要點是，本發(fā)明改進(jìn)了擠出方法，通過該方法制得的蜂窩體具有中心網(wǎng)格狀構(gòu)造，而四周為外表層，無裂縫可見。通常方法涉及已知的基本步驟通過一個擠出模組件，將塑性混合料擠成蜂窩體。模具組件包括一具模體和外殼形成罩，基本操作步驟類似欲生產(chǎn)常規(guī)蜂窩陶瓷采用的方法。
蜂窩體芯體和中心網(wǎng)格構(gòu)造是通常將混合料經(jīng)過模體出料端上放料槽上十字陣列擠出而成?；旌狭蠌哪＞哌M(jìn)料端后面的料斗加壓輸送到跟模體相連的放料槽處，再經(jīng)放料孔放料。而載體外圍外殼層是混合料經(jīng)由模罩和模具出料面之間外殼形成縫隙擠出而成。
根據(jù)本發(fā)明要求，提供無裂縫的超薄壁型產(chǎn)品，要得到外殼層高縱橫比顆粒排列，應(yīng)對網(wǎng)格芯體擠出速率和通過模具中外殼形成縫隙擠出外外殼擠出速率加以控制，使得通過外殼形成縫隙擠出表層速率(VS)要低于從放料槽出來的芯體擠體速率(VW)。二者擠出速率的差異作仔細(xì)調(diào)整。我們已確定如果從間隙擠出外殼的速率是載體芯體速率的50-95％范圍時，混合料縱橫比顆粒排列得到保障。這正好跟現(xiàn)有技術(shù)中采用芯體和外殼速率相匹配的方法相反。
保持這種擠出速率差，并讓芯體擠出速率要高于外殼擠出速率，使外殼層經(jīng)歷一段時間差才被擠出，而這段間隔就是模外殼形成縫隙擠出那一點到當(dāng)它達(dá)到載體芯體網(wǎng)格擠出速度相等時那一點時間間隔。在后一點上，外殼厚度達(dá)到平衡。因此，良好的外殼顆粒排列等效指示是限定初始外殼層厚度的外殼形成縫隙寬和當(dāng)載體全被擠出時表層厚度之間關(guān)系。在載體擠出時形成外圍外殼層厚度在外殼形成縫隙寬的50-95％范圍內(nèi)時，就保證了外殼混合料中高縱橫比顆粒的良好匹配。
有各種各樣的控制方案，用來提供控制芯體和外殼擠出速率差，或在擠出工藝中有效的外殼加長和減薄方法。這些方案的共同特征是在超薄壁型蜂窩體生產(chǎn)中避免任何擠出條件，而這些條件會造成在外殼形成縫隙放料后和跟網(wǎng)格芯粘接期間外殼生成層變厚或收縮。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)外殼擠出速率等于或大于相應(yīng)的芯體擠出速率時會出現(xiàn)外殼層收縮現(xiàn)象，大大增加了成品中出現(xiàn)環(huán)狀裂縫的可能性。
并不打算受理論約束，必然會想到在進(jìn)行匹配或提高外殼擠出速率時進(jìn)行顆粒重行排列會大大增加燒成后超薄壁型載體芯和外殼部分之間的熱膨脹差異性。這種差異性可能導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)較大的外殼在載體燒成后冷卻到室溫時形成環(huán)狀裂縫。
上述工藝產(chǎn)品是薄壁型蜂窩體，它的外殼無環(huán)狀裂縫現(xiàn)象。跟常規(guī)的具有相似幾何形狀的擠出型蜂窩體相比，使用中可能更能抵抗熱損壞。這些優(yōu)點來自這個事實，即載體外殼堇青石晶體排列程度幾乎跟載體網(wǎng)格中排列程度一樣。另一方面，本發(fā)明還包括擠出后薄壁式幾何構(gòu)型的堇青石載體的耐熱性提高了，外殼完整性也提高了。
在幾何構(gòu)型方面，本發(fā)明中堇青石型載體包括網(wǎng)格狀芯體，其網(wǎng)格壁厚不超過0.004英寸，而網(wǎng)格芯體配置的外殼層在擠出后無裂縫，它的厚度至少是形成芯體的網(wǎng)格的二倍。更典型的是，外殼厚度是網(wǎng)格厚度的3-10倍。
這些蜂窩體的特征，在載體外殼堇青石排列程度接近或幾乎跟該載體芯網(wǎng)格中顯現(xiàn)的堇青石排列程度相當(dāng)。可以采用已知X射線衍射分析法對該兩部分堇青石晶體在各自外殼或網(wǎng)格部分排列程度進(jìn)行測定。因此，對于這些載體，用已知方式從下面公式對各自外殼或網(wǎng)格測定X射線衍射的I-比率(IR)。它們的值會相似或幾乎相同。IR=I(110)I(110)+I(002)]]>


本發(fā)明可以通過參閱附圖進(jìn)一步理解，它們是圖1為說明已有技術(shù)中薄壁型蜂窩體的外貌，其特征為，燒成后的載體外圍外殼裂縫的示意圖。
圖2為根據(jù)已有技術(shù)提供的蜂窩體燒成后外殼層橫截面金相圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明提供的蜂窩體燒成后外殼層橫截面金相圖。
圖4為說明在超薄壁型蜂窩體中外殼厚度變化對外殼裂縫程度的影響的圖表。和，圖5為擠出模外殼生成部分的橫截面的示意圖。
詳細(xì)說明盡管本發(fā)明廣泛用于生產(chǎn)各種不同組分混合物的堇青石型蜂窩體產(chǎn)品，它用在混合物料中含有部分高平坦度(playtey)滑石晶體也有特殊優(yōu)點。從美國專利No.3,885,977可知，擠出后的堇青石型蜂窩體的熱膨脹特性大部分取決于滑石粉顆粒在該載體外殼和內(nèi)壁合適擇優(yōu)排列。
滑石晶體擇優(yōu)排列來自于載體擠出模的放料槽的寬度相對較窄，該批混合料通過槽口擠出期間的剪切造成堇青石在載體毛坯燒成時晶化而得到相應(yīng)優(yōu)化排列?；?隨后演變成各向異性的堇青石晶體)的優(yōu)化排列程度越大，各向異性程度越大，而堇青石產(chǎn)品的臨界熱膨脹性越低。
盡管較細(xì)微，但擠出成形的堇青石蜂窩體的外殼層上仍能見到外圍或環(huán)狀裂縫，在形成通道壁和外殼層的網(wǎng)格壁相對較薄的蜂窩體中最為普遍。超薄壁型蜂窩體產(chǎn)品中，燒成后網(wǎng)格壁厚度在0.004英寸及以下時，情況尤甚。圖1是一張示意圖，說明燒成后薄壁型蜂窩體上能觀察到的典型的外殼裂紋圖案。通常，環(huán)狀裂縫從結(jié)構(gòu)上看非常明顯，但肉眼很難察覺，只有在燒成后把載體的外殼四周弄濕，不管是否用了著色劑，如亞甲基藍(lán)顯示裂紋，方能發(fā)現(xiàn)。
診斷環(huán)狀裂縫缺陷的起因是復(fù)雜的，因為這些缺陷跟初裂或擠出過程中成型的載體外殼生胚中其它局部缺陷并無聯(lián)系。而且，無論燒成前或燒成后，顯然緊鄰或離裂紋外殼層有一定空間的載體網(wǎng)格部分絕無裂縫。
結(jié)論是外殼層和鄰近燒成后載體的網(wǎng)格部分之間的熱膨脹差異是導(dǎo)致環(huán)狀裂縫的原因。該結(jié)論得到電子顯微鏡照片的支持。顯微鏡照片表明滑石顆粒排列在燒成前有環(huán)狀裂縫外殼和燒成后缺陷消失之間存有差異。通過比較圖2和圖3上的顯微鏡照片，可以見到這種滑石顆粒排列的差異。圖2是根據(jù)已有技術(shù)提供的燒成前超薄型蜂窩體在擠出后的外殼層橫截面的掃描電鏡照片，照片中白色條狀物尺寸相當(dāng)于100微米，圖3是根據(jù)本發(fā)明提供的燒成前載體在擠出后的外殼層橫截面采用類似掃描電鏡在相同放大倍數(shù)下拍得的照片。
在各自照片中，淺色細(xì)長的夾雜物是滑石板條形顆粒物的邊緣部分在周圍較深背景下顯得特別突出。圖2滑石板條形顆粒幾乎任意方向排列，而圖3中板條形顆粒呈水平方向排列。圖3所示顆粒排列程度非常類似于擠出后的載體鄰近芯體部分滑石顆粒排列程度。而圖2所示排列混亂僅限于已有技術(shù)載體的外殼層。
根據(jù)現(xiàn)在制品燒成期間對堇青石演化過程的了解，如圖2所示蜂窩體外殼內(nèi)滑石片晶的混亂排列可能招致載體燒成后堇青石晶體排列混亂，也就造成跟鄰近網(wǎng)格相比，沿平行于蜂窩體網(wǎng)格和通道方向上的熱膨脹系數(shù)更高。那種情況，燒成后堇青石蜂窩體在溫度降至室溫的冷卻期間它的外殼薄層要比鄰近芯體收縮更甚，產(chǎn)生應(yīng)力，最終產(chǎn)生裂縫。
要完滿解決環(huán)狀裂縫問題是復(fù)雜的，因為一種在已有技術(shù)中已知并被稱之為“空氣罅縫”(“air-check”)的類似外殼裂縫，可能在擠出過程中，外殼形成時應(yīng)力過大造成。在過去，這種裂縫的出現(xiàn)就要求增加外殼擠出速度，而不是降低速度。以期消除擠出過程中外殼層的應(yīng)力。然而，這種提速加重了燒成后外殼環(huán)狀裂縫，必須要在芯體與外殼擠出速率之間維持一個相應(yīng)合適的平衡。
改變外殼擠出速度對環(huán)狀裂縫的影響可以通過擠出試驗演示。其中，外殼擠出速度對應(yīng)芯體擠出是圍繞芯體擠出速率上下一個范圍內(nèi)變動。這種速度變動的主要效果是最終外殼厚度的變化，可以通過載體最終外殼厚度與載體擠出模上外殼擠出間隙寬之比測得。附圖中圖4是一個圖表，繪出了若干次擠出中環(huán)狀裂縫開裂程度，以標(biāo)尺上0-5任意數(shù)字表示裂縫嚴(yán)重程度。圖4繪制的是外殼厚度與提交擠出運行中每次外殼間隙寬之比。在表示裂縫嚴(yán)重程度標(biāo)尺上，標(biāo)稱值0相當(dāng)于無環(huán)狀裂縫，3表示中等開裂，僅用指示劑顯示方可見。5表示用肉眼可見裂縫。
如圖4所示，當(dāng)外殼厚度與外殼間隙之比低于1∶1。則幾無或無裂縫。另一方面，當(dāng)厚度與間隙之比等于或大于1∶1時，往往可見明顯裂縫。類似實驗確認(rèn)外殼厚度與外殼間隙之比在0.5∶1-0.95∶1范圍內(nèi)，可大大避免環(huán)狀裂縫。而且，在降低速度下進(jìn)行外殼擠出并不誘導(dǎo)“空氣罅縫”或在新擠出部分中其它形式的損傷，只要混合料中粘接劑含量足夠，使外殼必要的拉伸而不會斷裂。
根據(jù)本發(fā)明，采取各種措施，采用常規(guī)擠出裝置，控制外殼擠出速度和降低厚度。其中采用的是逐步減少送到擠出模的外殼原料的供給量以及在模體外殼形成縫隙處限定外殼流速。
在眾多模具設(shè)計中，通過簡單改變模體放料面和外罩外殼生成邊緣之間距離，就可實現(xiàn)調(diào)節(jié)外殼形成縫隙，從而限定外殼流速。然而，在有效降低外殼擠出速度同時，本法也帶來缺點，即限制了所有在要求的外殼間隙也同時降低了對外殼厚度的控制水平。即，采用本法僅能擠出被要求外殼擠出速度時的那些外殼厚度。
作為一種替換并為大家采納的方法是通過調(diào)節(jié)液壓進(jìn)而控制輸送到外殼形成縫隙處混合料的流率達(dá)到被要求外殼降速以及外殼擠出速度和芯體擠出速度之間關(guān)系。這種技術(shù)提供的外殼擠出速度跟外殼形成縫隙大小毫無關(guān)系。采用一些手段可以調(diào)節(jié)輸送物料的液壓。這些手段包括變動加料孔或向外殼形成縫隙處供給混合料的加料槽的長度、形狀或它們的橫截面積。
在一些現(xiàn)行擠出模設(shè)計中，混合料是從收集在那個間隙上游(upstream)模具組件內(nèi)的外殼生成料斗里的堆積物中輸送到該外殼形成縫隙處。所謂外殼形成縫隙上游指的是料斗位置，該位置要比間隙更靠近混合料加壓供給的地方。
例如，這種類型的擠出模的實例就在美國專利No.4,381,912和No.5,219,509和No.5,906,839中，其中外殼擠出速度和芯體擠出速度之間關(guān)系可以通過參考附圖中圖5描述的這種模具加以調(diào)節(jié)。在下面實施例中打算舉例說明，而不是限制。
實施例附圖中圖5所示，為外殼生成配置的擠出模的部分橫截面的示意圖，它是首次對外公開。正如圖5所示，盡管沒有按實際比例繪制，本模具包括模體部分10，連同一組放料槽12，通過放料孔14向其供給塑性陶瓷混合料。從那些放料槽放出的混合料在圖5中朝上方向流動，形成網(wǎng)格，包括相交而形成蜂窩體通道式芯體的網(wǎng)格22(由括號23所示)，而載體結(jié)構(gòu)由箭頭20所示。
在本設(shè)計模具中，其它放料孔和放料槽，如圖5所示放料孔14a和放料槽12a向鄰近模體10的外殼料斗30部分地提供相同混合料，該槽斗在模體10和外殼形成罩32之間空間形成，而后者就位于鄰近模體10，但通過填隙片34間隔的位置。
括號25指示的是蜂窩體擠出構(gòu)造20的外殼層。它是由料斗30供給的混合料液，通過模體10和外殼形成罩32之間外殼形成縫隙36擠出而成。外殼形成縫隙36決定外殼層25的初始擠出厚度，盡管擠出外殼的最終厚度要小于該間隙寬度，稍后會描述。
如圖5所示模具設(shè)計中，外殼形成縫隙的大小隨面間隙26的大小而變，該間隙易測量和易調(diào)節(jié)。通過沿圖中水平方向簡單改變罩32和模體10之間的橫向距離就可調(diào)節(jié)。
若使擠出蜂窩體外殼達(dá)到預(yù)置的厚度且無環(huán)狀裂縫，首先調(diào)節(jié)外殼形成縫隙36的寬度，使其達(dá)到所要求的起始外殼厚度的外殼供給流量。外殼流動部分調(diào)節(jié)到所要求的起始外殼厚度的外殼供結(jié)流量。根據(jù)蜂窩體外殼最終目標(biāo)厚度和在載體擠出期間為了保證外殼擠出過程中滑石片晶或其它高縱橫比顆粒排列中所達(dá)到外殼厚度進(jìn)行選擇。例如，在擠出蜂窩體，它的最終擠出外殼厚度0.014英寸(0.36mm)。并且要認(rèn)識到外殼厚度與外殼間隙合適之比為0.875∶1，才使外殼有好的顆粒排列，則外殼間隙寬應(yīng)置于0.016英寸(0.40mm)。
為了達(dá)到外殼厚度降低比率所必須的降低外殼擠出速度，須通過減小經(jīng)由外殼間隙36的外殼批料的擠出速度而獲得，該速度是相對于從放料槽12流出的混合料形成蜂窩體芯體部分23的擠出速度而言。在圖5所示模具設(shè)計中，流率的降低是通過減少到外殼供給料斗30的批料流入量，進(jìn)而減少該料斗內(nèi)混合料的壓力，這是為了減少經(jīng)由外殼間隙從料斗流出的批料流出量。
還有其它一些方法或單獨采用或組合采用實現(xiàn)降低流入量和流出量。首先，可以增加向料斗30提供混合料的放料槽12a的長度，例如降低模體10凹口深度，它是插入填隙片34或罩32的切口，該切口越淺，形成蜂窩體網(wǎng)格芯體23的供給槽12的長度越長，槽12對混合料進(jìn)入外殼料斗30相對流動阻力越高。
除了這種調(diào)節(jié)之外，填隙片34從中心或模體10芯體形成部分后縮可以通過該填隙片按箭頭34a方向向里延伸而減小。這種延伸效果是為了減少向料斗30供給混合料的放料槽12a和放料孔14a的數(shù)量。因此，又降低了流入該料斗內(nèi)批料流率。
然而，正如圖5所反映，減小切口到模體10深度，以便適合罩32，也減小了模體10和罩32并列形成的外殼生成通道的高度(長度)。此處，外殼流動部分重新定向，初步成型為蜂窩體外殼層25。此放料部分必須將長度維持在適合形成和將外殼流動部分朝網(wǎng)格芯體部分23定向，使外殼層合適粘連到芯體而外圍網(wǎng)格無變形。
在圖5模具設(shè)計中，主要靠通過調(diào)整填隙片34厚度獲得外殼流率。填隙片較厚，減小了外殼生成通道的長度，反之，則相反。本設(shè)計中模具的一種配置是模體切口深度為0.020英寸(0.51mm)，連同填隙片厚度0.015英寸(0.38mm)使得外殼生成槽的長度合適，外殼能很好粘連到網(wǎng)格芯而外圍網(wǎng)格室無變形。
在同一配置里，填隙片從它的最里端邊緣(最靠近蜂窩體芯體)到最里端垂直部分或罩32的外殼生成邊緣后縮0.10英寸(2.54mm)，就足以降低經(jīng)由寬度為0.018英寸(0.45mm)的外殼生間隙的外殼流動部分的速度，外殼厚度與外殼間隙之比為0.857∶1，有效控制擠出外殼厚度約在0.016英寸(0.40mm)，顆粒排列良好。采用本法擠出并燒成后的蜂窩體完全沒有外殼環(huán)狀裂縫。
如有必要，降低外殼擠出速度也可以通過采用擠出模入口端上裝有各種描述的外圍流量限定器實現(xiàn)。已知本技術(shù)是眾多鉆眼限定板和流量板的組合，和改變限定器的填隙卡或從擠出模背后或入口端面的距離。它們也可以用來進(jìn)一步改變芯體和外殼從模具擠出速率，如圖5所示，描述的就是這種技術(shù)用途。
從美國專利No.3,885,977所知，堇青石陶瓷中堇青石晶體排列程度可以通過x射線衍射法對該陶瓷片段分析確定那里晶體排列方向。堇青石最有用的排列指示是從(002)和(110)六方晶晶面上測得反射峰強度。這些強度用來從公式IR＝I(110)/(I(110)+I(002))中計算I-比率(IR)。該數(shù)據(jù)跟各向異性堇青石結(jié)晶結(jié)構(gòu)陶瓷材料中晶體排列程度，以及它的熱膨脹系數(shù)關(guān)聯(lián)度好。
正如美國專利No.3,885,977也公開了(這里引用作為一個整體包括進(jìn)去)，堇青石晶體任意排列和各向同性熱膨脹的陶瓷，其典型I-比率在所有晶軸的值在0.63-0.67范圍內(nèi)，另一方面在含有滑石或粘土片晶的批料擠出而成橫截面薄層的堇青石陶瓷會呈現(xiàn)出優(yōu)先的堇青石晶體排列，產(chǎn)生各向異性熱膨脹行為，并且I-比率不同于任意排列的值。例如在專利3,885,977中報道了各向異性樣品的I-比率低于0.55，具有優(yōu)先的堇青石晶體排列，造成正交于x射線樣品面的軸向熱膨脹較低(這里稱之為降低膨脹I-比率)，而樣品的I-比率高于0.8時，正交于樣品面軸向熱膨脹增加(這里稱之為增加膨脹I-比率)。
本發(fā)明薄壁型蜂窩體中，芯體和外殼部分的組分和批料制備方法是典型相同，因此，網(wǎng)格與外殼樣品之間熱膨脹差異主要取決于如粘土和滑石在芯體和外殼作為高縱橫比的前驅(qū)體排列程度的差異性。恰當(dāng)調(diào)節(jié)外殼間隙，進(jìn)而I-比率以及燒成后蜂窩體芯體和外殼部分的熱膨脹可以緊密匹配。
根據(jù)本發(fā)明采用優(yōu)化模具構(gòu)型，可指望生產(chǎn)出特別優(yōu)先的蜂窩體，而網(wǎng)格和外殼部分的I-比率基本上相同。作為現(xiàn)在描述的目的，如果降低膨脹外殼I-比率的平均值是取自蜂窩體不同外殼區(qū)域八次以上各自樣品面測得的話，則網(wǎng)格和外殼的I-比率基本上相同，跟網(wǎng)格的平均I-比率值的差小于0.05。進(jìn)行x射線衍射法分析測定這些I-比率的方法是已知的?？梢詤㈤喢绹鴮＠鸑o.3,885,977和其它資料上有關(guān)那些方法的描述。
當(dāng)然上述實例和描述僅僅是本發(fā)明的舉例說明，從專利公開中，顯然上面描述的特殊方法和裝置的一些變動和改進(jìn)會歸到那些專門技術(shù)的附加權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制作蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)包括由眾多十字交叉網(wǎng)格段形成的通道式芯體和包圍所述芯體的光滑外殼，所述外殼無圓周應(yīng)力裂縫，其特征在于(i)芯體和外殼通過網(wǎng)格段和外殼層經(jīng)由蜂窩體擠出模并行擠出而成，網(wǎng)格段和外殼層由包含高縱橫比陶瓷顆粒的陶瓷混合料而成；(ii)以低于網(wǎng)格段的速度從模具擠出外殼層；和(iii)外殼層和網(wǎng)格段陶瓷顆粒優(yōu)先在擠出方向上互相排列，外殼顆粒呈現(xiàn)的排列程度基本上相同于網(wǎng)格段陶瓷顆粒排列程度。
2.一種制作蜂窩體的方法，所述蜂窩體具有中心網(wǎng)格狀芯體和圓柱狀外殼層，由塑性粉末狀混合料從料斗內(nèi)經(jīng)由蜂窩體擠出模擠出而成；擠出模組件包括模體和外殼形成罩；網(wǎng)格芯結(jié)構(gòu)由批料經(jīng)通過模體出料面上中心十字相交放料槽擠出形成而成，混合料經(jīng)由模體由加料孔供給放料槽，所述模體經(jīng)由放料槽跟料斗相連；圓柱狀外殼層由混合料從料斗內(nèi)經(jīng)由形成罩和出料面之間的外殼形成縫隙擠出而成；外殼層擠出速度控制在使外殼最終擠出厚度為外殼形成縫隙寬度的50-95％。
3.一種制作蜂窩體的方法，所述蜂窩體具有中心網(wǎng)格狀芯結(jié)構(gòu)和圓柱狀外殼層，由塑性粉末狀混合料經(jīng)由蜂窩體擠出模組件擠出而成；擠出模組件包括連接在模體上的外殼形成罩，所述模體具有模具進(jìn)料面和模具出料面；網(wǎng)格芯結(jié)構(gòu)由批料經(jīng)由模體出料面上中心十字相交放料槽陣列擠出形成?；旌狭辖?jīng)由放料槽延伸到模具進(jìn)料面的加料孔供給放料槽；圓柱狀外殼層由混合料經(jīng)由形成罩和出料面之間的外殼形成縫隙擠出而成；外殼層混合料靠從模具組件內(nèi)料斗空間供給而收集到的混合料堆積物中輸送；所述模具組件就在模具進(jìn)料面和外殼形成縫隙之間；調(diào)節(jié)料斗空間內(nèi)堆積混合料的液壓，使得外殼層以速度VS從外殼形成縫隙擠出。該速度VS小于網(wǎng)格狀芯體從模具出料面擠出速度VW。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷批料包括焙燒時反應(yīng)生成堇青石晶體的粘土、滑石和氧化鋁混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述陶瓷批料中滑石是直徑與厚度之比大于3∶1的滑石顆粒。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有燒成后厚度不超過0.004英寸(0.10mm)的網(wǎng)格片段。
7.具有網(wǎng)格狀芯體的擠出的堇青石蜂窩體，包括網(wǎng)格厚度不超過約0.004英寸的網(wǎng)格，連在網(wǎng)格芯體上擠出的外殼層，具有外殼厚度至少是網(wǎng)格厚度的二倍，網(wǎng)格和外殼各自有I-比率IR，反映堇青石晶體排列程度，I-比率由x射線衍射測定，由公式計算而得。IR=I(110)I(110)+I(002)]]>其中，所述外殼I-比率平均值基本上相同于網(wǎng)格I-比率平均值。
全文摘要
描述了蜂窩體在外殼強化堇青石晶體排列條件下擠出，避免了薄壁型堇青石型蜂窩體擠出后周身外殼細(xì)裂縫的出現(xiàn)，該載體通道壁厚小于0.004英寸(100微米)、但其外殼層厚度還相當(dāng)厚。消除裂縫后的薄壁型蜂窩體在熱膨脹方面跟載體芯匹配甚佳。
文檔編號B01J35/04GK1478016SQ01819860
公開日2004年2月25日 申請日期2001年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者D·M·比爾, T·W·布魯, C·J·馬拉基, M·A·斯佩策里斯, D·R·特里西, D M 比爾, 布魯, 斯佩策里斯, 特里西, 馬拉基 申請人:康寧股份有限公司