專利名稱：一種復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于多孔陶瓷過濾膜材料技術領域，特別涉及一種采用干壓成型與同步燒結工藝制備復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的方法，主要用于高溫除塵氣體。
背景技術：
能源的利用主要是通過直接燃燒來獲得。由于現(xiàn)有技術的制約導致燃燒不充分，不僅能源利用效率較低，還排放出大量粉塵，對環(huán)境污染嚴重。提高能源利用效率，減少粉塵排放是目前材料學的重要研究方向。陶瓷過濾管被廣泛應用在高溫氣體除塵凈化技術中，已成為材料、冶金、化工、電力等行業(yè)實現(xiàn)氣固分離、節(jié)能環(huán)保的關鍵部件。傳統(tǒng)的高強度耐高溫陶瓷過濾管一般采用兩部分的結構，即支撐體部分和過濾膜部分。支撐體采用大粒徑陶瓷顆粒來制備，能為過濾管內層提供力學強度；組成過濾膜的陶瓷顆粒則較小，保證了整個過濾體有足夠的過濾除塵效率和精度。傳統(tǒng)的陶瓷過濾管材料，由于制備支撐體的陶瓷顆粒粒徑較大、孔徑大，遠大于表面膜的顆粒粒徑，在其表面上制膜時，因表面膜粉料 進入支撐體的空隙中，從而增加了過濾管材料的過濾壓降程度，增加了膜的厚度，影響過濾管材料的整體性能。復合碳化硅陶瓷過濾膜材料，是在碳化硅表面膜和碳化硅陶瓷支撐體之間增加陶瓷纖維過渡層，來達到改進過濾管材料的結構和性能；該纖維層不僅阻止了表面膜粉料進入支撐體空隙，而且有效降低了過濾材料的過濾壓降程度。多孔陶瓷過濾膜一般通過漿料涂層法制備，如提拉法、噴涂法和流延成型法等，但是由于多孔陶瓷基材的孔較多，孔徑較大，表面也不平整，直接在多孔陶瓷基材表面上涂層時，主要出現(xiàn)三個缺陷一、由于基材的孔徑較大，導致過濾膜漿料會進入基材空氣中，影響其過濾效果；二、由于基材較多和表面不平整，不能提供有利于涂層時所有的光滑平整的表面，導致涂制的膜結構不光滑平整。三、多孔陶瓷過濾膜一般是先把多孔陶瓷基材壓制成型后進行燒結，然后在基材上涂層，最后再燒結；其制備工藝復雜，且耗時長、耗能大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足而提供一種復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，采用干壓成型與同步燒結工藝，先在多孔陶瓷支撐體表面上涂鋪壓制一層燒結可揮發(fā)的填孔劑，再在其表面上壓制陶瓷纖維層，最后在纖維層表面上壓制過濾膜層。填孔劑能有效地將支撐體表面孔隙封堵，避免陶瓷纖維進入基材中；由于利用干壓成型，使得各層的表面較為平整光滑，為各膜層成型提供了平整光滑的表面，有利于制備出更均勻、更平整的復合碳化硅過濾膜材料坯體；同時，只需進行一次燒結即可得到復合碳化硅陶瓷過濾膜材料；具有工藝簡單、效率高、能耗低等特點。本發(fā)明所采用的技術方案一種復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其步驟如下I、將碳化硅、陶瓷粘結劑、造孔劑和羧甲基纖維納(CMC)溶液按碳化硅、陶瓷粘結劑、造孔劑和羧甲基纖維納(CMC)溶液的質量比為10:0. 5 3. 3:0. 5 4. 0:1. O 3. O的比例混合攪拌均勻后干壓成型，得到碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體，壓力為10 lOOMPa，其中羧甲基纖維納(CMC)溶液的質量濃度為lwt% 4wt%。所述陶瓷粘結劑由質量分數為65wt%鉀長石、12wt%高嶺土和23wt%石英混合球磨配置而成。
所述陶瓷粘結劑粉體的顆粒粒徑為0. I 3 i! m。所述碳化娃的粒徑為180 350 V- m。所述造孔劑為活性炭，其顆粒粒徑為0. I 5pm。2、在碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體表面上涂鋪一層燒結可揮發(fā)的填孔劑粉末并干壓成型，壓力為I 5MPa。涂鋪填孔劑可將支撐體坯體表面空隙堵塞，避免膜粉料進入支撐體的空隙中。所述填孔劑粉末粒徑為0. I 5 ii m。所述填孔劑是活性炭或石墨。3、取平均長度為IOmm的莫來石纖維，按莫來石纖維、陶瓷粘結劑的質量比為1:0. 3 I. 5的比例混合攪拌均勻得到陶瓷纖維混合料；將陶瓷纖維過渡層均勻涂鋪在步驟2)所得型材表面上，并干壓成型，壓力為I 5 MPa。所述莫來石纖維單根直徑分布I 15 m，長徑比大于10。4、按碳化硅粉料、陶瓷粘結劑的質量比為10:0. 5 3. 3的比例混合并攪拌均勻，得到過濾膜混合料，將過濾膜混合料均勻涂鋪在步驟3)所得型材表面上，并干壓成型，壓力為I 5 MPa。在過濾膜混合料中，當陶瓷粘結劑含量較少、壓力較大時，孔隙率較大，干壓成型后的過濾膜可以滿足相應性能要求。當陶瓷粘結劑較多時，孔隙率小，需要在過濾膜混合料中添加造孔劑來提高孔隙率，所添加的造孔劑的質量分數在30wt%以下。5、將步驟4)所得型材進行燒結，燒結溫度為1100 1500°C，升溫速率I 10°C/min，保溫時間為I 3h，得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料。本發(fā)明工藝簡單，采用干壓成型與同步燒結工藝，在碳化硅陶瓷支撐體表面上涂鋪壓制一層燒結可揮發(fā)的填孔劑將支撐體表面的孔隙封堵，并在碳化硅表面膜和碳化硅陶瓷支撐體之間引入陶瓷纖維過渡層，有效地避免過濾膜材料進入基材中，不僅能為制備陶瓷纖維過渡層和表面膜層提供了有利于成型的光滑表面，且只需一次燒結即可制備出更均勻、更平整的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料，具有效率高、能耗低等特點。


圖I是本發(fā)明提供的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料表面的SEM圖。圖2是本發(fā)明提供的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料斷面的SEM圖。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例一
I、按質量分數為65被％鉀長石、12被％高嶺土、23wt%石英，分別取鉀長石、高嶺土和石英混合球磨至顆粒粒徑為0. I 3 ym，得到陶瓷粘結劑。2、分別稱取IOg碳化娃顆粒、I. Ilg陶瓷粘結劑、I. 33g活性炭(粒徑3 ii m)和I. 5g質量分數為2wt%的羧甲基纖維納(CMC)溶液；首先將碳化硅顆粒加入CMC溶液中，并攪拌均勻；再分別將陶瓷粘結劑和活性炭加入，并攪拌至均勻后，稱其4g混合料并干壓成型，壓力約為26MPa，得到碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體，直徑20mm，厚度約為5mm。其中碳化硅顆粒的平均粒徑為300 iim。 3、在支撐體坯體表面分散涂鋪一層活性炭粉末(粒徑為3 y m。)，并干壓成型，壓力約為2MPa。4、取Ig莫來石纖維、0. 88g陶瓷粘結劑混合，并攪拌均勻，即制得陶瓷纖維混合料。在支撐體坯體表面上的活性炭層表面上表面，分散涂鋪陶瓷纖維混合料，并干壓成型，壓力約2MPa。5、將Ig碳化硅粉料、0. 17g陶瓷粘結劑、0. 17g造孔劑混合，并攪拌均勻，得過濾膜混合料(其中碳化硅粉料的平均粒徑為23 ym，陶瓷粘結劑的質量分數15wt%，造孔劑活性炭的質量分數15wt%)。在支撐體坯體表面上的陶瓷纖維層表面上，分散涂鋪過濾膜混合料，并干壓成型，壓力約為I. 5MPa。6、將步驟5)所得型材進行燒結，燒結溫度1300°C，升溫速率5°C，保溫時間為2h，即可制得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料。檢驗結果所得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的表面SEM顯微照片如圖I所示，復合碳化硅陶瓷過濾膜表面平整、孔徑分布均勻缺陷少；表面過濾膜的平均孔隙率46%，平均孔徑10 u m。其斷面SEM顯微照片如圖2所示，復合碳化硅陶瓷過濾膜厚分布均勻，未見陶瓷纖維過渡層進入支撐體堵塞孔道，同時陶瓷纖維過渡層起到了架橋承接作用。實施例二I、同實施例一的步驟(I)。2、分別稱取IOg碳化娃顆粒、I. 85g陶瓷粘結劑、2. 13g活性炭(粒徑4 ii m)和I. 9g質量分數為3被％的羧甲基纖維納(CMC)溶液；首先將碳化硅顆粒加入CMC溶液中，并攪拌均勻；再分別將陶瓷粘結劑和活性炭加入，并攪拌至均勻后，稱其4g混合料并干壓成型，壓力約為26MPa，得到碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體，直徑20mm，厚度約為5mm。其中碳化硅顆粒的平均粒徑為250 u m。3、在支撐體坯體表面分散涂鋪一層石墨粉末(粒徑為0. 7 ym。)，并干壓成型，壓力約為4MPa。4、取Ig莫來石纖維、0. 5g陶瓷粘結劑混合，并攪拌均勻，即制得陶瓷纖維混合料。在支撐體坯體表面上的活性炭層表面上表面，分散涂鋪陶瓷纖維混合料，并干壓成型，壓力約 2MPa。5、將Ig碳化硅粉料、0. 24g陶瓷粘結劑、0. 32g造孔劑混合，并攪拌均勻，得過濾膜混合料。在支撐體坯體表面上的陶瓷纖維層表面上，分散涂鋪過濾膜混合料，并干壓成型，壓力約為2. 5MPa。6、將步驟5)所得型材進行燒結，燒結溫度1200°C，升溫速率8°C，保溫時間為lh，即可制得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料。
實施例三I、同實施例一的步驟(I)。2、分別稱取IOg碳化硅顆粒、2. 68g陶瓷粘結劑、3. 45g活性炭(粒徑3 U m)和2. 5g質量分數為2wt%的羧甲基纖維納(CMC)溶液；首先將碳化硅顆粒加入CMC溶液中，并攪拌均勻；再分別將陶瓷粘結劑和活性炭加入，并攪拌至均勻后，稱其4g混合料并干壓成型，壓力約為26MPa，得到碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體，直徑20mm，厚度約為5mm。其中碳化硅顆粒的平均粒徑為220 iim。3、在支撐體坯體表面分散涂鋪一層活性炭粉末(粒徑為3 y m。)，并干壓成型，壓力約為3MPa。4、取Ig莫來石纖維、I. 2g陶瓷粘結劑混合，并攪拌均勻，即制得陶瓷纖維混合料。在支撐體坯體表面上的活性炭層表面上表面，分散涂鋪陶瓷纖維混合料，并干壓成型，壓力 約 3MPa。5、將Ig碳化娃粉料、0. 054g陶瓷粘結劑混合,并攪拌均勻，得過濾膜混合料。在支撐體坯體表面上的陶瓷纖維層表面上，分散涂鋪過濾膜混合料，并干壓成型，壓力約為
3.5MPa06、將步驟5)所得型材進行燒結，燒結溫度1400°C，升溫速率8°C，保溫時間為2h，即可制得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料。檢驗結果所得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料表面平整、孔徑分布均勻缺陷少；表面過濾膜的平均孔隙率44%，平均孔徑12 y m ;復合碳化硅陶瓷過濾膜厚分布均勻，未見陶瓷纖維過渡層進入支撐體堵塞孔道，同時陶瓷纖維過渡層起到了架橋承接作用；但是支撐體、陶瓷纖維過渡層和表面碳化硅膜三者連接不緊密，表面層過濾膜容易脫落，其原因是由于表面層過濾膜沒有陶瓷粘結劑，導致膜層間、顆粒間的粘結性差。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于，其步驟如下 I )、將碳化硅、陶瓷粘結劑、造孔劑和羧甲基纖維納溶液按碳化硅、陶瓷粘結劑、造孔劑和羧甲基纖維納溶液的質量比為10:0. 5 3. 3:0. 5 4. 0:1. O 3. O的比例混合攪拌均勻后干壓成型，得到碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體，壓力為10 lOOMPa，其中羧甲基纖維納溶液的質量濃度為lwt% 4wt% ； 所述造孔劑為活性炭，其顆粒粒徑為0. I ; 2)、在碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體表面上涂鋪一層燒結可揮發(fā)的填孔劑粉末并干壓成型，壓力為I 5MPa ； 3)、取平均長度為IOmm的莫來石纖維，按莫來石纖維、陶瓷粘結劑的質量比為1:0.3 I. 5的比例混合攪拌均勻得到陶瓷纖維混合料；將陶瓷纖維過渡層均勻涂鋪在步驟2)所得型材表面上,并干壓成型,壓力為I 5 MPa ； 4)、按碳化硅粉料、陶瓷粘結劑的質量比為10:0.5 3. 3的比例混合并攪拌均勻，得到過濾膜混合料，將過濾膜混合料均勻涂鋪在步驟3)所得型材表面上，并干壓成型，壓力為I 5 MPa ； 5)、將步驟4)所得型材進行燒結，燒結溫度為1100 1500°C，升溫速率I 10°C/min，保溫時間為I 3h，得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料。
2.根據權利要求I所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于所述陶瓷粘結劑由質量分數為65wt%鉀長石、12wt%高嶺土和23wt%石英混合球磨配置而成。
3.根據權利要求2所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于所述陶瓷粘結劑粉體的顆粒粒徑為0. I 3 ii m。
4.根據權利要求I所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于在步驟I)中所述碳化娃的粒徑為180 350 V- m。
5.根據權利要求I所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于所述填孔劑粉末粒徑為0. I 5 ii m。
6.根據權利要求I所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于所述填孔劑是活性炭或石墨。
7.根據權利要求I所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于所述莫來石纖維單根直徑分布I 長徑比大于10。
8.根據權利要求I所述的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，其特征在于在過濾膜混合料中添加造孔劑，所添加的造孔劑的質量分數在30wt%以下。
全文摘要
本發(fā)明屬于多孔陶瓷過濾膜材料技術領域，涉及一種復合碳化硅陶瓷過濾膜材料的制備方法，是將碳化硅、陶瓷粘結劑、造孔劑和羧甲基纖維納溶液混勻后干壓成型，得到碳化硅多孔陶瓷支撐體坯體，在支撐體坯體表面上分散涂鋪一層填孔劑粉末，干壓成型，再在其表面涂鋪陶瓷纖維混合料，并干壓成型，最后在其表面上涂鋪過濾膜混合料，干壓壓制成型，進行燒結，得復合碳化硅陶瓷過濾膜材料。本發(fā)明工藝簡單，采用燒結可揮發(fā)的填孔劑將支撐體表面的孔隙封堵，并引入陶瓷纖維過渡層，有效地避免過濾膜材料進入基材中，只需一次燒結即可制備出更均勻、更平整的復合碳化硅陶瓷過濾膜材料，具有效率高、能耗低等特點。
文檔編號C04B35/565GK102718494SQ20121020784
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者張國慶, 李建保, 王春鵬, 蘇魁范, 鄧湘云 申請人:海南大學