一种蓄热陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种蓄热陶瓷材料及其制备方法，该蓄热陶瓷材料按重量份计包括以下组分：30～35份的Al2O3、20～30份的SiO2、20～30份的ZrC、10～15份的SiC、5～10份膨润土、5～10份丁腈橡胶以及0.8～4.0份的稀土氧化物，其中所述稀土氧化物包含：La2O3、Eu2O3及Tb2O3。本发明专利技术通过向原料中添加ZrC、SiC、膨润土和定睛橡胶，利用ZrC、SiC以及膨润土的协同作用，并通过调节个原料的配比，使制得的蓄热陶瓷材料在具有良好的机械性能的同时，具有快速升温的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷材料，尤其涉及一种作为蓄热、传热介质的蓄热陶瓷材料。
技术介绍
陶瓷材料作为环保设备的蓄热、传热介质是伴随着环保设备的发展而被广泛应用的。蓄热、传热介质所使用的陶瓷材料主要有莫来石(3Al2O3·2SiO2)材质、堇青石+莫来石材质、堇青石+氧化铝材质、莫来石+氧化铝材质等，这些材料既能满足蓄热、传热的要求，同时造价又相对低廉。有机废气中若含有有机硅类化合物，在废气被氧化的同时，有机硅会被氧化为无机的二氧化硅并在蓄热陶瓷填料表面形成结晶。由于陶瓷的主要成分硅铝酸盐与二氧化硅结晶的相近性，导致二氧化硅与陶瓷表面的硅铝酸盐以类似于化学键的形式牢固地结合在一起，宏观则表现为二氧化硅结晶在陶瓷表面生长。二氧化硅沉积会造成填料床有效通径减小，床层阻力降增加，被处理气体的停留时间降低等影响，发展到严重程度时则导致设备处理完全失效，此时必须更换填料。由于更换陶瓷的不易实现和不经济性，通常的做法是采用燃烧法处理有机挥发物质(VOC)废气时，要求废气中不能含微量的硅成分，才能避免此问题的产生。CN103304226A公开了一种蓄热陶瓷材料及其制备方法，该蓄热陶瓷材料包含以下组分：42.0～55.0％Al2O3、32.5～46.7％SiO2、3.8～8.0％MgO以及0.8～4.0％稀土氧化物，其中所述稀土氧化物包含：La2O3、Eu2O3及Tb2O3。虽然所述蓄热陶瓷材料可以有效地防止废气中的有机硅产生的二氧化硅在陶瓷表面结晶，但其制备的蓄热陶瓷材料升温速度较慢，且硬度较低，限制了其进一步应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种蓄热陶瓷材料，通过向原料中添加ZrC、SiC、膨润土和定睛橡胶，利用ZrC、SiC以及膨润土的协同作用，并通过调节个原料的配比，使制得的蓄热陶瓷材料在具有良好的机械性能的同时，具有快速升温的特性。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供一种蓄热陶瓷材料，所述按重量份计算，其包含以下组分：30～35份的Al2O3、20～30份的SiO2、20～30份的ZrC、10～15份的SiC、5～10份膨润土、5～10份丁腈橡胶以及0.8～4.0份的稀土氧化物，其中所述稀土氧化物包含：La2O3、Eu2O3及Tb2O3。其中，Al2O3的重量份可为30份、31份、32份、33份、34份或35份等；SiO2的重量份可为20份、23份、25份、27份或30份等；ZrC的重量份可为20份、23份、25份、27份或30份等；SiC的重量份可为10份、11份、12份、13份、14份或15份等；膨润土的重量份可为5份、6份、7份、8份、9份或10份等；丁腈橡胶的重量份可为5份、6份、7份、8份、9份或10份等；稀土氧化物的重量份可为0.8份、1份、2份、3份或4份等。进一步地，所述蓄热陶瓷材料包含Na2O、K2O、CaO、Fe2O3、TiO2及BaO，其中Na2O+K2O+CaO≤3.5％，Fe2O3≤1.2％，TiO2+BaO≤0.80％。进一步地，所述材料按重量份计算，其包含以下组分：33份的Al2O3、25份的SiO2、25份的ZrC、13份的SiC、7份膨润土以及1份的稀土氧化物。进一步地，所述蓄热陶瓷材料为蓄热陶瓷填料，优选为散堆陶瓷填料、蜂窝陶瓷填料或组合蜂窝规整陶瓷填料中任意一种；优选地，所述散堆陶瓷填料包括陶瓷鞍环、拉西环、阶梯环、十字隔板环、鲍尔环或陶瓷球；优选地，所述散堆陶瓷填料包括陶瓷鞍环、拉西环、阶梯环、十字隔板环、鲍尔环或陶瓷球；优选地，所述蜂窝陶瓷填料内部由多个上下贯通的孔，优选方形孔组成。第二方面，本专利技术提供了上述蓄热陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤a：将陶瓷原料混合，粉碎，过筛，得到混合料；步骤b：去除混合料中的杂质；步骤c：在步骤b得到的混合料中加入稀土氧化物，将混合料进行真空炼泥，陈腐；步骤d：将步骤c得到的混合料进行干燥、烧结得到蓄热陶瓷材料。上述方法中，所述步骤a中，将陶瓷原料混合，粉碎，过300目筛，得到混合料；优选地，所述步骤b中，采用湿法浆料除铁工艺去除混合料中的铁；优选地，所述步骤c中，在步骤b得到的混合料中加入稀土氧化物，将混合料在真空度大于720mmHg下进行真空炼泥，陈腐，陈腐时间小于等于72小时，然后采用塑性挤出成形工艺控制成形；优选地，所述步骤d中，将步骤c得到的混合料在小于45℃下进行微波干燥，干燥时间为20-120min，随后在600～700℃下进行第一次烧结，烧结时间为30～40小时，再升温至1200～1300℃进行第二次烧结，烧结时间为20～30小时，得到蓄热陶瓷材料。其中，第一次烧结温度可为600℃、620℃、640℃、660℃、680℃或700℃等；烧结时间可为30小时、33小时、35小时、37小时或40小时等；第二次烧结时间可为1200℃、1230℃、1250℃、1270℃或1300℃等；第二次烧结时间为20小时、23小时、25小时、27小时或30小时等。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过向原料中添加ZrC、SiC、膨润土和定睛橡胶，利用ZrC、SiC以及膨润土的协同作用，并通过调节个原料的配比，使制得的蓄热陶瓷材料具有良好的机械性能，其密度可达6g/cm3，强度可达310MPa，断裂韧性达到5MPa·m1/2，同时具有快速升温的特性，其升温至2000℃，仅需35min。具体实施方式以下参照具体的实施例来说明本专利技术。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本专利技术，其不以任何方式限制本专利技术的范围。实施例1：蓄热陶瓷材料的制备步骤a：按原料配比将33份的Al2O3、25份的SiO2、25份的ZrC、13份的SiC、7份膨润土和7份丁腈橡胶混合，粉碎过筛得到混合料；步骤b：采用湿法浆料除铁工艺去除混合料中的铁；步骤c：在步骤b得到的混合料中加入1重量份的稀土氧化物(包括La2O3、Eu2O3及Tb2O3)，将混合料在真空度大于720mmHg下进行真空炼泥，陈腐，陈腐时间小于等于72小时，然后采用塑性挤出成形工艺挤制成形；步骤d：将步骤c得到的混合料在小于45℃下进行干燥，干燥时间为20～60min，随后在650℃下进行第一次烧结，烧结时间为35小时，再升温至1250℃进行第二次烧结，烧结时间为25小时，得到蓄热陶瓷材料。所制得的蓄热陶瓷材料其密度为6.3g/cm3，强度为315MPa，断裂韧性达到5.3MPa·m1/2，其升温至2000℃，仅需33min。实施例2：蓄热陶瓷材料的制备步骤a：按原料配比将30份的Al2O3、20份的SiO2、20份的ZrC、10份的SiC、5份膨润土和5份丁腈橡胶混合，粉碎过筛得到混合料；步骤b：采用湿法浆料除铁工艺去除混合料中的铁；步骤c：在步骤b得到的混合料中加入0.8重量份的稀土氧化物(包括La2O3、Eu2O3及Tb2O3)，将混合料在真空度大于720mmHg下进行真空炼泥，陈腐，陈腐时间小于等于72小时，然后采用塑性挤出成形工艺挤制成形；步骤d：将步骤c得到的混合料在小于45℃下进行干燥，干燥时间为60～100min，随后在600℃下进行第一次烧结，烧结时间为30小时，再升温至1200℃进行第二次烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄热陶瓷材料，其特征在于，所述材料按重量份计算，其包含以下组分：30～35份的Al2O3、20～30份的SiO2、20～30份的ZrC、10～15份的SiC、5～10份膨润土、5～10份丁腈橡胶以及0.8～4.0份的稀土氧化物，其中所述稀土氧化物包含：La2O3、Eu2O3和Tb2O3。

【技术特征摘要】
1.一种蓄热陶瓷材料，其特征在于，所述材料按重量份计算，其包含以下组分：30～35份的Al2O3、20～30份的SiO2、20～30份的ZrC、10～15份的SiC、5～10份膨润土、5～10份丁腈橡胶以及0.8～4.0份的稀土氧化物，其中所述稀土氧化物包含：La2O3、Eu2O3和Tb2O3。2.根据权利要求1所述的蓄热陶瓷材料，其特征在于，所述蓄热陶瓷材料还包含Na2O、K2O、CaO、Fe2O3、TiO2及BaO，其中Na2O+K2O+CaO≤3.5％，Fe2O3≤1.2％，TiO2+BaO≤0.80％。3.根据权利要求1或2所述的蓄热陶瓷材料，其特征在于，所述材料按重量份计算，其包含以下组分：33份的Al2O3、25份的SiO2、25份的ZrC、13份的SiC、7份膨润土以及1份的稀土氧化物。4.根据权利要求1-3任一项所述的蓄热陶瓷材料，其特征在于，所述蓄热陶瓷材料为蓄热陶瓷填料，优选为散堆陶瓷填料、蜂窝陶瓷填料或组合蜂窝规整陶瓷填料中任意一种；优选地，所述散堆陶瓷填料包括陶瓷鞍环、拉西环、阶梯环、十字隔板环、鲍尔环或陶瓷球...

【专利技术属性】
技术研发人员：过冬，
申请(专利权)人：过冬，
类型：发明
国别省市：江苏;32