專利名稱：碳化硅陶瓷熱交換板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，其涉及一種熱交換器，更具體地涉及碳化硅陶瓷熱交換板及其制造方法，所述熱交換板在其內(nèi)部具有冷卻或加熱介質(zhì)的換熱通道。
背景技術(shù)：
隨著世界性能源危機的日益加劇，為有效回收利用各種工業(yè)領(lǐng)域廢液廢氣的多余熱量，工業(yè)上對熱交換器的需求越來越大，對熱交換器的質(zhì)量要求也越來越高。板式熱交換器是一種具有特殊結(jié)構(gòu)形式的熱交換器，結(jié)構(gòu)緊湊，熱交換效率高，廣泛應(yīng)用于兩種介質(zhì)的直接換熱。由于金屬良好的可加工性能，目前所使用的熱交換板材料大都為金屬材料。然而，普通金屬材料的耐酸堿腐蝕性能比較差，在高壓高腐蝕性的環(huán)境中，必須采用價格昂貴的貴金屬如哈氏合金、鋯、鉭等，對于溫度較高的情況下，特別是高于 200°C時，金屬材料的耐腐蝕性能迅速降低，并且產(chǎn)生較嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，大大降低了熱交換器的換熱效率和壽命。碳化硅陶瓷具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和耐腐蝕性能，特別是其室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá) 120 180W/m · K，約為金屬鉭的兩倍，不銹鋼的5倍，鎳合金的10倍，即使壁厚僅1. 5 2. Omm的碳化硅熱交換管也具有較高的強度。90年代以來，碳化硅熱交換管已經(jīng)成功用于管殼式熱交換器，在各種極端環(huán)境下的熱交換應(yīng)用中效果良好。然而，目前碳化硅陶瓷尚未在板式熱交換器中得到應(yīng)用。專利DE 2841571C2設(shè)計了一種“L”形導(dǎo)向的換熱板，板的結(jié)構(gòu)采用機械加工而成，各部分形狀不規(guī)則，通用性較差。專利EP 0074471B1給出了一種濕法鑄膜和疊層方法成型的制造方法。這兩個專利中采用的材料均為反應(yīng)燒結(jié)碳化硅或氮化硅。在堿性環(huán)境下， 殘余硅容易與介質(zhì)反應(yīng)，造成強度降低而導(dǎo)致板面破裂。制造的熱交換器在熱交換效率、耐腐蝕和氣密性方面性能較差。專利DE 19717931C1采用了纖維增強的C/Si或Si/SiC材料用于200 1600°C 的熱交換。這種材料的制備工藝比反應(yīng)燒結(jié)碳化硅更加復(fù)雜，成本也更高。此外這種材料氣孔率較高，不能采用氣動密封。通過各種表面改性的方法也大大提高了制造成本。專利 EP 1M4565A2設(shè)計了一種用于高溫?zé)峤粨Q管的板式熱交換器，材料為纖維增強碳化硅。通道結(jié)構(gòu)利用了翅片或肋板式，主要用于高溫氣體換熱。這兩個專利多用于高溫氣體的熱交換，用于液體特別是強堿性腐蝕介質(zhì)換熱時，氣密性較差，換熱效率降低。專利US 20090151917A1, CN101405554A公開了一種板式陶瓷熱交換器，利用常壓燒結(jié)碳化硅為主要材料，板的設(shè)計采用長方形設(shè)計，采用橡膠墊和擴散焊接的方法分別應(yīng)用于低溫和高溫環(huán)境下的熱交換。長方形的設(shè)計延續(xù)了金屬熱交換器的造型，但對于陶瓷材料的來說，成型相對較為困難，成品率較低。而且由于陶瓷材料的脆性，介質(zhì)高速高壓沖擊帶來的振動，容易對薄壁結(jié)構(gòu)造成破壞。因此，到目前為止，碳化硅陶瓷在板式熱交換器中尚未得到廣泛應(yīng)用，其主要原因是缺乏合理的設(shè)計，有效的制造及封裝工藝，因此其效率。
綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種熱交換效率高的碳化硅陶瓷板式熱交換器。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種熱交換效率高的碳化硅陶瓷板式熱交換器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于獲得一種熱交換效率高的碳化硅陶瓷板式熱交換器。本發(fā)明的第二目的在于獲得一種熱交換效率高的碳化硅陶瓷板式熱交換器的制備方法。本發(fā)明的第三目的在于獲得一種碳化硅熱交換板在熱交換處理中的應(yīng)用。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種碳化硅陶瓷熱交換板，所述熱交換板的設(shè)計形狀為中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；所述熱交換板上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷總重量計。在一優(yōu)選例中，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱為換熱介質(zhì)從一端進口流入后，兩側(cè)分流，從各自獨立的換熱通道從出口流出。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為直線雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道或弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。在一優(yōu)選例中，當(dāng)所述熱交換板的設(shè)計形狀為正方形時，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為直線雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。在一優(yōu)選例中，當(dāng)所述熱交換板的設(shè)計形狀為圓形時，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。在一優(yōu)選例中，熱交換介質(zhì)從所述的雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道的一進口流入，分流后沿著直線或弧形通道從出口流出。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板的厚度可以為4 10mm，優(yōu)選的厚度為6 8mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板具有的弧形或直線形換熱通道，其深度可以為 2 6mm，優(yōu)選深度為3 5mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板中的換熱通道由分流壁隔開，寬度可以為2 4mm，優(yōu)選的寬度為3士0. 1mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板通道分流壁上部帶有方孔，間距可以為10 30mm，優(yōu)選間距為15 20mm。方孔寬度為4士0. 1mm，深度為分流壁高度的2/3。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板中間分布4士 1條相互垂直的主筋，用于面形穩(wěn)定和支撐，其寬度可以為4 6mm，優(yōu)選的寬度為5士0. 1mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板邊緣帶有寬度為4士0. 1mm，深度3士0. Imm的槽， 用于相鄰板的密封。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道的兩端和/或末端設(shè)有渦流和湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)。在一優(yōu)選例中，所述渦流和湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)為換流通道的轉(zhuǎn)角處和側(cè)壁的長方形孔道；更優(yōu)選地，所述所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道，在所述通道的側(cè)壁上部設(shè)有長方形孔道，便于形成渦流和湍流。
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在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述碳化硅陶瓷是常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷。在一優(yōu)選例中，所述常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷可以通過陶瓷坯體機械加工或濕法成型，經(jīng)脫粘、高溫?zé)Y(jié)制造。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述碳化硅陶瓷由(85-%)重量份碳化硅粉體、(0 15)重量份燒結(jié)助劑、(0 2)重量份粘結(jié)劑進行造粒并成型后固相燒結(jié)得到。本發(fā)明的第二方面提供一種所述的熱交換板的制備方法，所述制備方法包括如下步驟(a)提供(85-%)重量份碳化硅粉體、(0 1 重量份燒結(jié)助劑、(0 幻重量份粘結(jié)劑進行造粒，得到粉體；(b)將步驟(a)的粉體進行成型，得到碳化硅坯體；(c)將所述碳化硅坯體進行成型，得到成型體，所述成型體具有中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；且所述成型體上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；(d)所述成型體進行后續(xù)步驟，得到所述熱交換板。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述造粒采用噴霧造粒法。在一優(yōu)選例中，所述燒結(jié)助劑包括可以包括B4C-C, B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有機物裂解產(chǎn)生。其中B4C或B的含量在0. 2 2wt%，優(yōu)選含量為0. 4 1. 0wt%, C的含量為0. 5 6wt%，優(yōu)選含量為1 3wt%。在一優(yōu)選例中，所述燒結(jié)助劑也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiA等。其含量可以為0 ，其中Al2O3，Y2O3, SiO2的含量為0. 5 8wt%，優(yōu)選含量為2 6wt%。在一優(yōu)選例中，所述的噴霧造粒過程可以是水基，也可以是酒精基。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述成型包括干法成型或濕法成型。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述后續(xù)步驟為將成型體進行熱處理和燒結(jié)， 得到所述熱交換板。在一優(yōu)選例中，所述熱交換板成型體在真空石墨電阻爐中進行熱處理，熱處理溫度在600 1200°C，保溫時間為2 4小時，升溫速率為1 5°C /min。在一優(yōu)選例中，所述熱處理后的熱交換板坯體在惰性氣體(例如氬氣)氣氛保護的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900 2300°C，保溫2 4小時，升溫速率1 10°C / min。本發(fā)明的第三方面提供一種所述的熱交換板在熱交換處理中的應(yīng)用。在一優(yōu)選例中，包括材料成型、加工、熱處理、高溫?zé)Y(jié)等工藝步驟(1)將一定量碳化硅粉體，加入燒結(jié)助劑，粘結(jié)劑混合均勻，進行噴霧造粒。(2)所述燒結(jié)助劑包括可以包括B4C-C, B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有機物裂解產(chǎn)生。其中B4C或B的含量在0. 2 2wt %，優(yōu)選含量為0. 4 1. Owt %，C 的含量為0. 5 6wt %，優(yōu)選含量為1 3wt %。(3)所述燒結(jié)助劑也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiO2等。其含量可以為0 4wt%，其中Al2O3，Y2O3, SiO2的含量為0. 5 8wt%，優(yōu)選含量為2 6wt%。(4)所述的噴霧造粒過程可以是水基，也可以是酒精基。(5)造粒后的粉體可以經(jīng)干壓、等靜壓成型。成型后的坯體經(jīng)加工出所設(shè)計熱交換板的形狀。
(6)造粒后的粉體也可以通過濕法成型如凝膠注模的方法直接成型出所設(shè)計熱交換板的形狀。(7)坯體熱交換板在真空石墨電阻爐中進行熱處理，熱處理溫度在600 1200°C， 保溫時間為2 4小時，升溫速率為1 5°C /min。(8)熱處理后的熱交換板坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900 2300°C， 保溫2 4小時，升溫速率1 10°C /min，氬氣氣氛。


圖1 正方形碳化硅熱交換板設(shè)計平面圖；圖2 圓形碳化硅熱交換板設(shè)計平面圖。如圖1和圖2所示，其特征在于(1)所述的熱交換板為正方形或圓形。(2)所述的熱交換板的面積和介質(zhì)進出口尺寸由實際使用中介質(zhì)流量和壓力確定。(3)所述的熱交換板的厚度可以為4 10mm，優(yōu)化的厚度為6 8mm。(4)所述的熱交換板具有弧形或直線形換熱通道，深度可以為2 6mm，優(yōu)化深度為3 5mm0(5)所述的熱交換板中的換熱通道由分流壁隔開，寬度可以為2 4mm，優(yōu)化的寬度為3mmο(6)所述的熱交換板通道分流壁上部帶有方孔，間距可以為10 30mm，優(yōu)化間距為15 20mm。方孔寬度為4mm，深度為分流壁高度的2/3。(7)所述的熱交換板中間分布4條相互垂直的，用于面形穩(wěn)定和支撐，其寬度可以為4 6mm，優(yōu)化的寬度為5mm。所述的熱交換板邊緣帶有寬度為4mm，深度3mm的槽，用于相鄰板的密封。
具體實施例方式本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進制備工藝，獲得了一種熱交換效率高的碳化硅陶瓷熱交換板。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下本發(fā)明提供了一種碳化硅陶瓷熱交換板及其制造方法，所采用材料可以為常壓固相燒結(jié)碳化硅陶瓷。板的設(shè)計形狀為正方形或圓形，介質(zhì)從其一進口流入，分流后沿著直線或弧形通道從出口流出。通道兩端和末端為弧形，側(cè)壁上部帶有長方形孔道，便于形成渦流和湍流。這種設(shè)計最大程度利用了陶瓷熱交換板的換熱面積，增大了液體流量，且板與板之間的密封較為簡單。此外，本發(fā)明還提供了該陶瓷熱交換板的制造方法，可以通過陶瓷坯體機械加工或濕法成型，經(jīng)脫粘、高溫?zé)Y(jié)制造。根據(jù)本發(fā)明制造的陶瓷熱交換板組裝的熱交換器結(jié)構(gòu)緊湊，熱交換效率高，能夠用于高溫條件或各種強腐蝕介質(zhì)的介質(zhì)之間的換熱，廣泛用于化工、冶金、鋼鐵、紡織、食品等工業(yè)領(lǐng)域。以下對本發(fā)明的各個方面進行詳述碳化硅陶瓷熱交換板
本發(fā)明的一種碳化硅陶瓷熱交換板，其特點在于，所述熱交換板的設(shè)計形狀為中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；所述熱交換板上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷總重量計。本文中，所述的熱交換板的面積由實際使用中介質(zhì)流量和壓力確定，其沒有具體限制，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。本文中，所述的熱交換板的介質(zhì)進出口尺寸由實際使用中介質(zhì)流量和壓力確定， 其沒有具體限制，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。碳化硅本發(fā)明的碳化硅主要針對固相燒結(jié)碳化硅，含量可以不低于97%，以碳化硅陶瓷總重量計。而液相燒結(jié)在某些場合也可以用，含量可以不低于95%，以碳化硅陶瓷總重量計。所述的碳化硅含量是指燒結(jié)之后碳化硅含量(也即不含燒結(jié)助劑和粘結(jié)劑)。液相燒結(jié)中，盡管初始粉體含量小于95%，但燒結(jié)燒結(jié)后材料中碳化硅含量是大于95%的。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述碳化硅陶瓷是常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷。所述常壓燒結(jié)包括固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，優(yōu)選為固相燒結(jié)。在一優(yōu)選例中，所述常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷可以通過陶瓷坯體機械加工或濕法成型，經(jīng)脫粘、高溫?zé)Y(jié)制造。更優(yōu)選地，所述碳化硅陶瓷由85-95重量份碳化硅粉體、0 15重量份燒結(jié)助劑、 0 2重量份粘結(jié)劑進行造粒并成型后固相燒結(jié)得到。雙回路結(jié)構(gòu)本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將熱交換板的形狀設(shè)計為雙回路結(jié)構(gòu)，換熱通道為中心對稱結(jié)構(gòu)，并采用碳化硅陶瓷，能獲得意料不到的效果，其熱交換效率大為提高，能夠用于高溫條件或各種強腐蝕介質(zhì)的介質(zhì)之間的換熱。優(yōu)選地，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為直線雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道或弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。在一優(yōu)選例中，當(dāng)所述熱交換板的設(shè)計形狀為正方形時，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為直線雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。在一優(yōu)選例中，當(dāng)所述熱交換板的設(shè)計形狀為圓形時，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。具體地，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱為換熱介質(zhì)從一端進口流入后，兩側(cè)分流，從各自獨立的換熱通道從出口流出。更具體地，熱交換介質(zhì)從所述的雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道的一進口流入，分流后沿著直線或弧形通道從出口流出。本發(fā)明的雙回路區(qū)別于目前ESK的設(shè)計。本發(fā)明采用采用中心對稱，兩側(cè)分流，經(jīng)兩路通道換熱，充分利用陶瓷板的換熱面積，降低制造成本，并獲得了意料不到的熱效率的提尚。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板的厚度可以為4 10mm，優(yōu)選的厚度為6 8mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板具有的弧形或直線形換熱通道，其深度可以為
72 6mm，優(yōu)選深度為3 5mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板中的換熱通道由分流壁隔開，寬度可以為2 4mm，優(yōu)選的寬度為3士0. 1mm。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板通道分流壁上部帶有方孔，間距可以為10 30mm，優(yōu)選間距為15 20mm。方孔寬度為4士0. 1mm，深度為分流壁高度的2/3。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板中間分布4士 1條相互垂直的主筋，用于面形穩(wěn)定和支撐，其寬度可以為4 6mm，優(yōu)選的寬度為5士0. 1mm。在制作支撐結(jié)構(gòu)的時候，一般稱寬的為主筋，窄的為側(cè)筋。在一優(yōu)選例中，所述的熱交換板邊緣帶有寬度為4士0. 1mm，深度3士0. Imm的槽， 用于相鄰板的密封。發(fā)明人提供一個優(yōu)選實施方式，其中所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道的兩端和/或末端設(shè)有渦流和湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)。在一優(yōu)選例中，所述渦流和湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)為換流通道的轉(zhuǎn)角處和側(cè)壁的長方形孔道；更優(yōu)選地，所述所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道，在所述通道的側(cè)壁上部設(shè)有長方形孔道，便于形成渦流和湍流。制備方法本發(fā)明的熱交換板的制備方法包括如下步驟(a)提供(85-%)重量份碳化硅粉體、(0 1 重量份燒結(jié)助劑、(0 2、重量份粘結(jié)劑進行造粒，得到粉體；(b)將步驟(a)的粉體進行成型，得到碳化硅坯體；(c)將所述碳化硅坯體進行成型，得到成型體，所述成型體具有中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；且所述成型體上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；(d)所述成型體進行后續(xù)步驟，得到所述熱交換板。Mk在一優(yōu)選例中，所述燒結(jié)助劑包括可以包括B4C-C, B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有機物裂解產(chǎn)生。其中B4C或B的含量在0. 2 2wt%，優(yōu)選含量為0. 4 1. 0wt%, C的含量為0. 5 6wt%，優(yōu)選含量為1 3wt%。在一優(yōu)選例中，所述燒結(jié)助劑也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiA等。其含量可以為0 ，其中Al2O3，Y2O3, SiO2的含量為0. 5 8wt%，優(yōu)選含量為2 6wt%。優(yōu)選地，造粒采用噴霧造粒法。在一優(yōu)選例中，所述的噴霧造粒過程可以是水基，也可以是酒精基。艦具體地，所述步驟(b)和(C)的成型包括干法成型或濕法成型。后續(xù)步驟具體地，所述后續(xù)步驟為將成型體進行熱處理和燒結(jié)，得到所述熱交換板。在一優(yōu)選例中，所述熱交換板成型體在真空石墨電阻爐中進行熱處理，熱處理溫度在600 1200°C，保溫時間為2 4小時，升溫速率為1 5°C /min。在一優(yōu)選例中，所述熱處理后的熱交換板坯體在惰性氣體(例如氬氣)氣氛保護的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900 2300°C，保溫2 4小時，升溫速率1 10°C /CN 102538546 A
mirio在一優(yōu)選例中，所述后續(xù)步驟包括材料成型、加工、熱處理、高溫?zé)Y(jié)等工藝步驟。在一個具體實施方式
中，發(fā)明人通過如下方式得到所述熱交換板。將一定量碳化硅粉體，加入燒結(jié)助劑，粘結(jié)劑混合均勻，進行噴霧造粒(例如 (85-95)重量份碳化硅粉體、(0 1 重量份燒結(jié)助劑、(0 2、重量份粘結(jié)劑)； 所述燒結(jié)助劑包括可以包括B4C-C, B-C，其中C的引入方式可以是粉末，也可以由有機物裂解產(chǎn)生。其中B4C或B的含量在0. 2 2wt%，優(yōu)選含量為0. 4 1. Owt %，C的含量為0. 5 6wt%，優(yōu)選含量為1 3wt% ；所述燒結(jié)助劑也可以包括Al2O3-Y2O3或Al2O3-Y2O3-SiO2等。其含量可以為0 4wt%，其中Al2O3，Y2O3, SiO2的含量為0. 5 8wt%，優(yōu)選含量為2 ~ 6wt% ；所述的噴霧造粒過程可以是水基，也可以是酒精基；造粒后的粉體可以經(jīng)干壓、等靜壓成型。成型后的坯體經(jīng)加工出所設(shè)計熱交換板的形狀；造粒后的粉體也可以通過濕法成型如凝膠注模的方法直接成型出所設(shè)計熱交換板的形狀；坯體熱交換板在真空石墨電阻爐中進行熱處理，熱處理溫度在600 1200°C，保溫時間為2 4小時，升溫速率為1 5°C /min ；熱處理后的熱交換板坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900 2300°C，保溫 2 4小時，升溫速率1 10°C /min，氬氣氣氛。與已有碳化硅熱交換板的設(shè)計和制造比較，本發(fā)明有以下的優(yōu)點(1)該熱交換板的設(shè)計最大程度利用了陶瓷板材的換熱面積，降低了制造成本，提高了熱交換效率。(2)介質(zhì)進口的分流設(shè)計增大了介質(zhì)流量，同等壓力條件下增強了板材之間的密封性能。(3)利用常壓燒結(jié)助劑燒結(jié)得到的碳化硅熱交換管致密度達(dá)95% T. D.以上，熱導(dǎo)率達(dá)100-150W(m · K)，耐強酸強堿腐蝕性能良好。如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。
實施例1將95wt%的碳化硅粉體，1. Owt %的納米碳黑和0. %的碳化硼粉體在酒精溶液中混合均勻，加入粘結(jié)劑酚醛樹脂在砂磨機中混合4小時后進行噴霧造粒。噴霧造粒后的粉體經(jīng)干壓，等靜壓為正方形坯體。坯體經(jīng)加工成如圖1的形狀，而后在真空石墨電阻爐中進行熱處理，溫度為600°C保溫4h，升溫速率為1°C /min，熱處理后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，2150°C保溫4h，Ar氣氛，升溫速率為2V /min。燒結(jié)后的熱交換板各參數(shù)為總厚度為4mm，換熱通道深度為2mm，換熱通道之間的分流壁寬度為2mm，分流壁上的孔的深度為1. 3mm,寬度為4mm，間距為15mm。熱交換板相互垂直的分流壁的寬度為4mm，密封槽寬度為4mm，深度為3mm。燒結(jié)后的隨爐樣品經(jīng)阿基米德排水法測試其致密度為96. 7% T. D.，室溫?zé)釋?dǎo)率為 118ff(m · K)。實施例2將95wt%的碳化硅粉體，3. 的納米碳黑和1. Owt %的無定形硼粉在水溶液中混合均勻，加入粘結(jié)劑酚醛樹脂在砂磨機中混合8小時后進行噴霧造粒。噴霧造粒后的粉體經(jīng)干壓，等靜壓為圓形坯體。坯體經(jīng)加工成如圖2的形狀，而后在真空石墨電阻爐中進行熱處理，溫度為1200°C保溫lh，升溫速率為5°C /min，熱處理后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，2250°C保溫2h，Ar氣氛，升溫速率10°C /min。燒結(jié)后的隨爐樣品經(jīng)測試得到其致密度為98.6% Τ. D.，室溫?zé)釋?dǎo)率為 132ff(m · K)。燒結(jié)后的熱交換板各參數(shù)為總厚度為10mm，換熱通道深度為5mm，換熱通道之間的分流壁寬度為4mm，分流壁上的孔的深度為3. 3mm,寬度為4mm，間距為30mm。熱交換板相互垂直的分流壁的寬度為6mm，密封槽寬度為4mm，深度為3mm。實施例3將95wt%的碳化硅粉體，2. Owt %的納米碳黑和0. 8wt %的無定形硼粉在水溶液中混合均勻，加入粘結(jié)劑聚乙烯醇在砂磨機中混合5小時后進行噴霧造粒。噴霧造粒后的粉體加入單體、交聯(lián)劑配成預(yù)混液，而后加入引發(fā)劑倒入如圖1形狀由不銹鋼加工成的的反模中進行凝膠澆注，固化后干燥脫模。坯體而后在真空石墨電阻爐中進行熱處理，溫度為1000°C保溫2h，升溫速率為3°C /min，熱處理后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，2200°C保溫 2h, Ar氣氛，升溫速率5°C /min。燒結(jié)后的隨爐樣品經(jīng)測試得到其致密度為97.8% Τ. D.，室溫?zé)釋?dǎo)率為 128ff(m · K)。燒結(jié)后的熱交換板各參數(shù)為總厚度為8mm，換熱通道深度為4mm，換熱通道之間的分流壁寬度為3mm，分流壁上的孔的深度為2. 7mm,寬度為4mm，間距為30mm。熱交換板相互垂直的分流壁的寬度為5mm，密封槽寬度為4mm，深度為3mm。實施例4將90襯％的碳化硅粉體，6. Owt %的Al2O3和2. Owt %的^O3粉體在酒精溶液中混合均勻，加入粘結(jié)劑酚醛樹脂在砂磨機中混合4小時后進行噴霧造粒。噴霧造粒后的粉體經(jīng)干壓，等靜壓為正方形坯體。坯體經(jīng)加工成如圖1的形狀，而后在真空石墨電阻爐中進行熱處理，溫度為800°C保溫4h，升溫速率為3°C/min，熱處理后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，2150°C保溫2h，Ar氣氛，升溫速率為5°C /min。燒結(jié)后的隨爐樣品經(jīng)測試得到其致密度為95.2% Τ. D.，室溫?zé)釋?dǎo)率為 102ff(m · K)。燒結(jié)后的熱交換板各參數(shù)為總厚度為6mm，換熱通道深度為3mm，換熱通道之間的分流壁寬度為2mm，分流壁上的孔的深度為2. Omm,寬度為4mm，間距為20mm。熱交換板相互垂直的分流壁的寬度為4mm，密封槽寬度為4mm，深度為3mm。實施例5將85wt %的碳化硅，5. Owt %的Al2O3和8. Owt %的SW2粉體在水溶液中混合均勻， 加入粘結(jié)劑聚乙烯醇在砂磨機中混合6小時后進行噴霧造粒。噴霧造粒后的粉體經(jīng)干壓， 等靜壓為圓形坯體。坯體經(jīng)加工成如圖2的形狀，而后在真空石墨電阻爐中進行熱處理，溫度為1200°C保溫lh，升溫速率為2V /min，熱處理后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，2230°C保溫3h，Ar氣氛，升溫速率8°C /min。燒結(jié)后的隨爐樣品經(jīng)測試得到其致密度為96.3% Τ. D.，室溫?zé)釋?dǎo)率為 108ff(m · K)。燒結(jié)后的熱交換板各參數(shù)為總厚度為10mm，換熱通道深度為5mm，換熱通道之間的分流壁寬度為4mm，分流壁上的孔的深度為3. 3mm,寬度為4mm，間距為30mm。熱交換板相互垂直的分流壁的寬度為6mm，密封槽寬度為4mm，深度為3mm。實施例6將85wt % 的碳化硅粉體，6. Owt % 的 Al203、3. Owt % 的 SiR 和 5. Owt % 的 ^O3 粉體在水溶液中混合均勻，加入粘結(jié)劑酚醛樹脂在砂磨機中混合5小時后進行噴霧造粒。噴霧造粒后的粉體加入單體、交聯(lián)劑配成預(yù)混液，而后加入引發(fā)劑倒入如圖1形狀由不銹鋼加工成的的反模中進行凝膠澆注，固化后干燥脫模。坯體而后在真空石墨電阻爐中進行熱處理，溫度為1000°C保溫2h，升溫速率為3°C /min，熱處理后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)， 2200°C保溫2h，Ar氣氛，升溫速率5°C /min。燒結(jié)后的隨爐樣品經(jīng)測試得到其致密度為96.8% Τ. D.，室溫?zé)釋?dǎo)率為 115ff(m · K)。燒結(jié)后的熱交換板各參數(shù)為總厚度為8mm，換熱通道深度為4mm，換熱通道之間的分流壁寬度為3mm，分流壁上的孔的深度為2. 7mm,寬度為4mm，間距為30mm。熱交換板相互垂直的分流壁的寬度為5mm，密封槽寬度為4mm，深度為3mm。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容范圍，本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)內(nèi)容是廣義地定義于申請的權(quán)利要求范圍中，任何他人完成的技術(shù)實體或方法，若是與申請的權(quán)利要求范圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋于該權(quán)利要求范圍之中。在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅陶瓷熱交換板，其特征在于，所述熱交換板的設(shè)計形狀為中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；所述熱交換板上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷總重量計。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換板，其特征在于，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道為直線雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道或弧形雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換板，其特征在于，所述雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道的兩端和/或末端設(shè)有渦流和湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換板，其特征在于，所述碳化硅陶瓷是常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷。
5.如權(quán)利要求4所述的熱交換板，其特征在于，所述碳化硅陶瓷由(85-%)重量份碳化硅粉體、(0 15)重量份燒結(jié)助劑、(0 2)重量份粘結(jié)劑進行造粒并成型后固相燒結(jié)得到。
6.一種權(quán)利要求1所述的熱交換板的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟(a)提供(85-%)重量份碳化硅粉體、(0 1 重量份燒結(jié)助劑、(0 2、重量份粘結(jié)劑進行造粒，得到粉體；(b)將步驟(a)的粉體進行成型，得到碳化硅坯體；(c)將所述碳化硅坯體進行成型，得到成型體，所述成型體具有中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；且所述成型體上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；(d)所述成型體進行后續(xù)步驟，得到所述熱交換板。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述造粒采用噴霧造粒法。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型包括干法成型或濕法成型。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述后續(xù)步驟為將成型體進行熱處理和燒結(jié)，得到所述熱交換板。
10.一種權(quán)利要求1所述的碳化硅熱交換板在熱交換處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳化硅陶瓷熱交換板，所述熱交換板的設(shè)計形狀為中心對稱結(jié)構(gòu)，所述中心對稱結(jié)構(gòu)包括正方形或圓形；所述熱交換板上設(shè)有雙回路結(jié)構(gòu)換熱通道；所述碳化硅陶瓷的碳化硅含量不低于95重量％，以碳化硅陶瓷總重量計。本發(fā)明還提供了所述熱交換板的制備方法及其用途。本發(fā)明的碳化硅陶瓷熱交換板可以大大提高熱交換器的換熱效率和壽命。
文檔編號F28F21/04GK102538546SQ201010619070
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者劉學(xué)建, 袁明, 閆永杰, 陳健, 陳忠明, 黃政仁 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所