一種雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多孔陶瓷材料領(lǐng)域，具體為一種雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高溫陶瓷過濾材料一般都在各種苛刻的環(huán)境條件下工作，作為氣體凈化用高溫陶 瓷過濾材料通常要求具有：（1)高的機(jī)械強度、耐高溫（300~900°C )和優(yōu)良的耐介質(zhì)腐 蝕性能；（2)高的過濾精度和過濾氣速以及低的壓力降；(3)易于反吹、操作穩(wěn)定、過濾效率 尚；（4)具有良好的熱穩(wěn)定性能，能夠承受頻繁的尚壓脈沖冷氣體的反吹造成的熱沖擊。同 時，根據(jù)其應(yīng)用場合要求，高溫陶瓷過濾器必須能承受氣流化學(xué)特性變化的影響組分變化 的影響、噴入極細(xì)塵粒時振動的影響，并保持較高的除塵效率，保持高流量等要求。選擇的 陶瓷材料不僅具有熱的化學(xué)、機(jī)械穩(wěn)定性，還應(yīng)具有耐用性和高的可靠性；尤其在高溫高壓 條件下，當(dāng)存在氣相硫、堿、氯元素腐蝕的情況時，還要求陶瓷材料具有高的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0003] 高溫陶瓷過濾材料的過濾性能、高溫?zé)岱€(wěn)定性和安定性能以及長周期運行的可靠 性能，是高溫陶瓷過濾材料設(shè)計的關(guān)鍵。具有過濾、脫硫或脫硝多功能一體化的高溫陶瓷 過濾材料將是氣體凈化材料進(jìn)一步發(fā)展方向。在各類陶瓷過濾材料中，以Sic陶瓷最有發(fā) 展前景，因為Sic較氧化物陶瓷具有高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)、抗熱沖擊性能好、使用溫度高 (loocrc以上）的特點，因此在汽車尾氣、煤化工、融熔金屬等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域高溫流體過濾方面 的優(yōu)選材料。
[0004] 但由于碳化硅陶瓷極難燒結(jié)，常規(guī)無壓燒結(jié)溫度在2KKTC甚至更高，因此在高溫 氣體過濾方面應(yīng)用最多的碳化硅過濾材料多為粘土等低溫氧化物結(jié)合SiC陶瓷，缺點是高 溫力學(xué)性能不佳，導(dǎo)致抗熱沖擊性能差，使得陶瓷過濾材料難以承受大的熱負(fù)荷波動；特別 是在對低溫氧化氧具有腐蝕的環(huán)境下，材料使用壽命大大降低，塞隆陶瓷作為一種優(yōu)良的 高溫陶瓷，具有耐介質(zhì)腐蝕性能強，使用溫度高，斷裂韌性好的顯著特點，如果將其作為碳 化硅的結(jié)合相，必將使得材料整體性能有很大的提升。因此，使用溫度高、耐介質(zhì)腐蝕、高強 度、低壓降、易于再生、制備方法可靠、成本低的塞隆結(jié)合碳化硅膜管過濾材料是人們所期 待的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管及其制備方法， 具體解決如下技術(shù)問題：
[0006] 本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是：避免現(xiàn)有碳化硅過濾材料大多為粘土等低溫氧 化物部分結(jié)合的材料組成及常規(guī)碳化硅陶瓷材料燒結(jié)溫度極高，提供一種塞隆結(jié)合碳化硅 過濾材料，材料組成為塞隆結(jié)合碳化硅，使得此種材料耐介質(zhì)腐蝕能力更強。
[0007] 本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是：避免現(xiàn)有碳化硅膜管技術(shù)中的不足之處，提 供一種具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙率大、強度高、低壓降、容易再生，可重復(fù)使用的理想的雙梯 度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管。
[0008] 本發(fā)明還要解決的一個技術(shù)問題是：提供了一種支撐體及膜層一體化燒結(jié)制備技 術(shù)，避免了支撐體及膜層需要分別二次燒成的問題，是一種生產(chǎn)周期短、成品率高、生產(chǎn)成 本低的適于規(guī)?；a(chǎn)的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管的制備方法。
[0009] 為解決碳化硅過濾材料制備中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0010] -種雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管，雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管 的組成為塞隆及碳化硅，具有由支撐體層及表面膜層構(gòu)成雙梯度過濾結(jié)構(gòu)；其中，支撐體由 塞隆結(jié)合粗顆粒碳化硅晶粒組成，平均孔徑10~50 iim ;表面膜層由塞隆結(jié)合細(xì)顆粒碳化 硅晶粒成，平均孔徑0. 1~5 ym ;膜管整體氣孔率在40~50%之間。
[0011] 所述的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管，雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜 管的長度為100~1500mm，抗折強度35~70MPa〇
[0012] 所述的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管的制備方法，以粗顆粒碳化硅、氮化 硅粉、氧化鋁微粉、氮化鋁微粉、氧化釔或者氧化鑭微粉、造孔劑及粘結(jié)劑為基本材料，混合 配料，利用冷等靜壓包套壓制支撐體；后采用碳化硅微粉、氮化硅粉、氮化鋁微粉、氧化鋁微 粉、氧化釔或者氧化鑭微粉、造孔劑及粘結(jié)劑配制膜層原料，采用噴涂方法表面制備膜層， 經(jīng)干燥燒結(jié)得到成品膜管。
[0013] 所述的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管的制備方法，具體制備步驟如下：
[0014] (1)支撐體成型原料準(zhǔn)備
[0015] 將原料粗顆粒碳化硅、氮化硅粉、氧化鋁微粉、氮化鋁微粉、氧化釔或者氧化鑭微 粉按質(zhì)量比例為（77~60) : (10~15) : (5~10) : (5~10) : (3~5)共混后；添加上述混 合粉末質(zhì)量15~20%的造孔劑，再添加上述混合物總質(zhì)量4~6%的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑選用 聚乙烯醇；選用水為粘結(jié)劑的溶劑，添加水含量為原料總質(zhì)量的20~30%之間，經(jīng)機(jī)械攪 拌后球磨得漿料，而后干燥粉碎得原料復(fù)合粉末；
[0016] (2)支撐體成型
[0017] 將上述復(fù)合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機(jī)械震實，等靜壓包套設(shè)計尺寸、 結(jié)構(gòu)按設(shè)計制備，然后裝入冷等靜壓機(jī)中，加壓壓力為100~150MPa，保壓時間在2~5分 鐘之間，后脫去包套后烘干得到預(yù)制支撐體；
[0018] (3)膜層原料準(zhǔn)備
[0019] 將原料碳化硅微粉、氮化硅粉、氧化鋁微粉、氮化鋁微粉、氧化釔或者氧化鑭微粉 按質(zhì)量比例為（77~60) : (10~15) : (5~10) : (5~10) : (3~5)共混后，添加上述混合 物總質(zhì)量4~6%的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑選用聚乙烯醇，選用水為粘結(jié)劑的溶劑，添加水含量為 原料總質(zhì)量的40~60%之間，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨得膜層制備用漿料；
[0020] (4)表面膜層制備
[0021] 采用噴涂方法進(jìn)行，利用氣體噴槍將步驟（3)得到的膜層漿料噴涂在旋轉(zhuǎn)的預(yù) 制支撐體上，通過調(diào)節(jié)支撐體與噴槍之間相對位移速度控制膜層厚度，干燥后得到表面膜 層；
[0022] (5)燒結(jié)
[0023] 將涂覆表面膜層后的膜管預(yù)制體在真空及氮氣氣氛下燒結(jié)，起始?xì)夥諡檎婵諣?態(tài)，升溫速率1~5°C /min，升溫至800~KKKTC，保溫0. 5~1小時脫去造孔劑；后將燒 結(jié)爐內(nèi)充入高純氮氣至常壓，升溫速率為5~15°C /min，溫度為1650~1850°C，保溫5~ 7小時，得雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管。
[0024] 所述的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管的制備方法，步驟（1)中，粗顆粒碳 化硅粒度在30~150 y m之間，氮化硅粒度在5~10 y m之間；氧化鋁微粉粒度為3~5 y m 之間；氮化鋁微粉粒度為1~3 y m之間；氧化釔或氧化鑭微粉粒度為0. 5~1 y m之間；造 孔劑選擇PVC粉末，粒度為10~30 y m。
[0025] 所述的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管的制備方法，步驟（3)中，碳化硅微 粉粒度在〇. 2~10 y m之間，氮化娃粒度在1~3 y m之間；氧化鋁微粉粒度為1~3 y m之 間；氮化鋁微粉粒度為1~2 y m之間；氧化紀(jì)或氧化鑭微粉粒度為0. 2~0. 5 y m之間。
[0026] 所述的雙梯度孔隙結(jié)構(gòu)塞隆結(jié)合碳化硅膜管的制備方法，步驟（4)中，表面膜層 厚度在200~500 ym之間。
[0027] 本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和突出效果：
[0028] 1.本發(fā)明的膜管材料