專利名稱：：碳化硅基多孔物體及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種陶瓷多孔物體及其制備方法；更具體而言，涉及一種碳化硅基多孔物體及其制備方法，其中該多孔物體在限定該多孔物體中的孔的表面上包括具有針狀的針狀顆粒。
背景技術：
：柴油機、發(fā)電機和焚化爐產生的廢氣包括大量的細炭黑顆粒。特別是，由于柴油機采用共軌系統(tǒng)(commonrailsystem),納米大小的超細顆粒的排放大幅度增加。因此，為了有效地去除所述顆粒，提出了一種通過使用安裝在廢氣管中的多孔過濾器而除去細炭黑顆粒的后處理裝置。針對后處理裝置中所用的多孔過濾器，已研究了多種材料，包括堇青石、富鋁紅柱石、氧化鋁、碳化硅(SiC)或氮化鋁(A1N)。其中，碳化硅具有高耐熱性、高機械強度和高熱導率，特別有用。曰本未審查專利7>布文本No.2002-3591287>開了一種制備碳化硅(SiC)多孔物體的方法，包括使用硅(Si)、鋁(Al)和堿土金屬的氧化物粘結碳化硅(SiC)顆粒。然而，日本未審查專利公布文本No.2002-359128所公開的方法具有孔的尺寸較大(為數(shù)十nm)的缺點，因此納米大小的超細炭黑顆粒不能有效地吸附，從而不良地降低了過濾性能
發(fā)明內容本發(fā)明待解決的技術問題在考慮了相關
技術領域：
所遇到的上迷問題的情況下作出本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有優(yōu)良抗熱沖擊性能和提高的過濾性能的碳化硅基多孔物體及其制備方法。技術方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種碳化硅基多孔物體。該碳化硅基多孔物體可通過煅燒純度95%至99%的碳化硅和/或硅顆粒形成，并且可包括在限定多孔物體中的孔的表面上長出的具有針狀的Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制備碳化硅基多孔物體的方法。該方法可包括使用純度95%至99%的碳化硅顆粒形成預模制產品，以及在0.5atm至2atm分壓的氮氣氛下于窯內熱處理所述預模制產品，從而在限定多孔物體中的孔的表面上生長出具有針狀的Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒。照此，所述熱處理可在1400t:至16001C的溫度進行20分鐘至60分鐘的一段時間。有益效果根據(jù)本發(fā)明，具有優(yōu)良抗熱沖擊性能和改善的過濾性能的碳化硅基多孔物體可通過控制材料顆粒的純度和通過在限定多孔物體中的孔的表面上形成針狀顆粒來提供。圖1示出了一種本發(fā)明的碳化硅基多孔物體，其包括彼此粘結的主材料顆粒并能過濾細炭黑顆粒。具體實施例方式下文，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細描述。然而，本發(fā)明不限于本文中所公開的實例而可具有多種具體實施方案。此外，提供本發(fā)明實例的目的是為了更透徹地理解所公開的內容并充分地將本發(fā)明的精神傳達給本領域普通技術人員。在本發(fā)明中，SiC和/或Si被用作主材料顆粒，它們不使用另外的氧化物、而是通過主材料顆粒中所含雜質的高溫熔化、同時控制主材料顆粒的純度而彼此粘結。此外，為了有效地吸附和過濾納米大小的細炭黑顆粒，在主材料顆粒的表面上形成多個細針狀顆粒，以由此引起細炭黑顆粒的吸附，從而提高過濾效率。圖1示出了一種本發(fā)明的碳化硅基多孔物體，其包括彼此粘結的主材料顆粒并能過濾細炭黑顆粒。如圖1中所示，在包含SiC和/或Si的主材料顆粒1的情況下，用于工業(yè)目的的產品含有氧化物雜質，例如Si02、Fe203、A1203、K20和Na20。主材料顆粒1的純度根據(jù)雜質的量而確定。當主材料顆粒1的純度小于95%時，雜質的量太大，從而在高溫煅燒過程中雜質熔融而形成的粘結雜質相2的量增加，因此降低了抗熱沖擊性能。另一方面，當純度大于99%時，雜質的量太小，從而粘結雜質相2不能以足夠大的量形成以使顆粒相互粘結，從而不良地降低抗熱沖擊性能。顆粒(如SiC和Si)與氮氣(N2)發(fā)生反應，從而生成Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒3。所述針狀顆粒3具有納米大小的細針狀并生成于主成分材料的表面上，即在限定通過熱處理而形成的多孔物體中的孔的表面上。當所有主材料顆粒1轉化為針狀顆粒3時，孔徑顯著減小并且廢氣流5被堵塞。因此，控制上述轉化是重要的。此外，在接近針狀顆粒3處，廢氣流是湍動的。照此，由于漂浮的細炭黑顆粒4被致使向針狀顆粒3的表面流動，細炭黑顆粒4被吸附于針狀顆粒3上，同時與針狀顆粒碰撞。在本發(fā)明制備碳化硅基多孔物體的方法中，純度95%至99%的碳化硅基顆粒被用作主材料顆粒從而制備預模制產品，所述產品然后在窯內進行熱處理。在熱處理過程中，材料顆粒向針狀顆粒3的轉化率通過以下兩個因素確定熱處理時作為氣氛氣體待供給的氮氣的分壓和熱處理條件。即，當?shù)獨獾姆謮盒∮?.5atm時，通過分解和硝酸化作用而進行的主材料顆粒1向Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒3的轉化率低。另一方面，當分壓大于2atm時，硝酸化作用快速發(fā)生，從而不良地所獲得的針狀顆粒3堵塞了孔。因而，在熱處理時，氮氣分壓優(yōu)選O.5atm至2atm。此外，當熱處理的溫度低于1400匸或反應時間短于20分鐘時，難以充分形成針狀顆粒3，從而過濾效率低或主材料顆粒微弱粘結，導致抗熱沖擊性能降低。另一方面，當熱處理的溫度高于1600X:或反應時間長于60分鐘時，針狀顆粒3快速生長，從而堵塞孔，不良地降低了過濾效率。因此，熱處理的溫度優(yōu)選1400x:至1600t:，并且熱處理時間優(yōu)選20分鐘至60分鐘。<實驗實施例>根據(jù)本發(fā)明，碳化硅基多孔物體通過以下實施例和對比實施例制備，并評價其抗熱沖擊性能和過濾性能。各自具有預定純度的SiC和Si顆粒與粘結劑和水進行混合，在此之后將該混合物擠出，從而制備具有蜂窩結構形狀的預模制產品。將預模制產品在IOO"C干燥，置于窯中，然后進行熱處理。如下評價通過以上方法制備的多孔物體的抗熱沖擊性能。即，將該多孔物體置于1200^C的電爐中，留在其中30分鐘，然后用水冷卻，并將上述步驟重復四次。測量試樣在熱沖擊試驗前后的彎曲強度，并使用其比值計算試樣的抗熱沖擊性能。此外，細炭黑顆粒的過濾性能如下評價。即，將所制備多孔物體的整個表面暴露于含i體積。/。碳顆粒(平均粒徑0.1jam)的氬氣流，該氣流以200ml通量流動30分鐘；在此之后測量多孔物體的重量并確定由于碳顆粒吸附而造成的重量增量，從而計算過濾效率。下表1示出了實施例和對比實施例的碳化硅基多孔物體的制備條件以及所制備多孔物體的抗熱沖擊性能和過濾指數(shù)。將抗熱沖擊性能指數(shù)和過濾指數(shù)轉化為百分比，其中分別將對比實施例1和6的試樣的結果設為等于100的標準，如下表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>正如可從表1中看出，本發(fā)明實施例中所制備的碳化硅基多孔物體具有高過濾效率和抗熱沖擊性能。相比之下，對比實施例中所制備的碳化硅基多孔物體既不滿足過濾效率也不滿足抗熱沖擊性能。產業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可提供一種具有優(yōu)良抗熱沖擊性能和提高的過濾性能的碳化硅基多孔物體，從而大幅度地提高多孔過濾器在產業(yè)目的方面的性能。權利要求1.一種碳化硅基多孔物體，其通過煅燒純度95％至99％的碳化硅基顆粒形成，并且包括在限定該多孔物體中的孔的表面上長出的具有針狀的Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒。2.權利要求1的碳化硅基多孔物體，其中所述碳化硅基顆粒包括SiC和/或Si顆氺立。3.—種制備碳化硅基多孔物體的方法，該方法包括使用純度95%至99%的碳化硅基顆粒形成預模制產物；以及在O.5atm至2atm分壓的氮氣氛下于窯內熱處理所述預模制產物，從而在限定多孔物體中的孔的表面上生長出具有針狀的Si-N-或Si-N-0-基針狀顆粒。4.權利要求3的方法，其中所述碳化硅基顆粒包括SiC和/或Si顆粒。5.權利要求3的方法，其中所述熱處理在1400X:至1600X:的溫度進行20分鐘至60分鐘的一段時間。全文摘要公開了一種碳化硅基多孔物體及其制備方法。該碳化硅基多孔物體通過煅燒碳化硅基顆粒形成，并且包括在限定多孔物體中的孔的表面上長出的具有針狀的Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒。此外，制備碳化硅基多孔物體的方法包括使用純度95％至99％的碳化硅基顆粒形成預模制產品，以及在0.5atm至2atm分壓的氮氣氛下于窯內熱處理所述預模制產品，從而在限定多孔物體中的孔的表面上生長出具有針狀的Si-N-或Si-N-O-基針狀顆粒。文檔編號C04B38/00GK101641306SQ200780052271公開日2010年2月3日申請日期2007年3月22日優(yōu)先權日2007年3月22日發(fā)明者洪璂坤,趙紋硅,鄭斗和申請人:Posco公司;浦項產業(yè)科學研究院