一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法。所述耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：（1）将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；（2）将步骤（1）中的混合粉体进行成型，得到生坯；（3）将步骤（2）中的生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。上述耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的一个特征在于其具有优异的高温强度与化学稳定性，显著优于氧化物结合碳化硅膜支撑体；另一个特征在于其烧结过程中无尺寸变化，可大幅度提升产品的成品率。

A high temperature and corrosion resistant reaction sintered silicon carbide film support and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法
本专利技术涉及一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法。
技术介绍
电力、建材、冶金、钢铁、化工等行业产生的大量高温烟气会严重污染生态环境，是造成雾霾天气的重要原因之一；同时，高温烟气在生产过程中也会对设备的可靠、高效地运行带来不利影响，因此，高温烟气的净化除尘具有极大的现实意义。非对称陶瓷膜过滤具有优异的耐高温性能、过滤精度(低至0.1μm)与收集效率(高达99.9％)，是理想的高温烟气过滤净化材料。非对称碳化硅陶瓷膜与氧化物(例如，粘土、氧化铝、氧化锆等)陶瓷膜相比，在高温强度与耐腐蚀特性方面更为突出，在高温、强腐蚀性条件下具有更长的使役寿命，更加适合用于高温烟气的过滤净化。非对称碳化硅陶瓷膜由除尘净化的微滤膜层与碳化硅支撑体组成，其中：碳化硅膜支撑体是具有良好渗透性、为非对称陶瓷膜提供强度的碳化硅多孔陶瓷，其性能直接决定陶瓷膜管的过滤效果与使用寿命。国际上仅有少数几家公司生产SiC膜支撑体，包括美国Pall公司、丹麦LiqTech公司、德国Atech公司、山东工陶院、久吾高科等，其中美国Pall公司制造的非对称碳化硅陶瓷膜已广泛应用于传统火力发电厂及新型生物质发电等高温气固分离净化领域，占据全球主要市场。然而，对于目前商业化的非对称碳化硅陶瓷膜支撑体的物相组成均为低温氧化物结合碳化硅，如Pall公司生产的碳化硅膜支撑体为粘土结合的碳化硅多孔陶瓷。近年，SiC膜支撑体材料也受到国内研究者的广泛关注。西安交大、清华大学、海南大学、沈阳金属所、江苏省陶瓷研究所、佛山市陶瓷研究所、山东工陶院等相继开展了SiC膜支撑体的研究开发工作，所研究的对象也均为氧化物结合碳化硅膜支撑体。对于氧化物结合碳化硅膜支撑体，结合相的软化温度低、耐腐蚀性较差(特别是常用的氧化硅与粘土结合相)的问题，故氧化物结合碳化硅膜支撑体使用温度均不超过800℃；同时，在高温、恶劣环境的使用过程中，氧化物结合碳化硅膜支撑体会发生明显的蠕变和腐蚀，导致支撑体的破坏失效，进而降低使役寿命。反应烧结碳化硅陶瓷在烧结过程中无收缩，有利于控制产品的外形尺寸，并大幅度提升产品的成品率。但是，常规反应烧结碳化硅陶瓷通常以金属硅粉为硅源，易出现残硅或残炭等现象发生，进而难以获得纯质的碳化硅陶瓷材料，并会降低材料的耐腐蚀性能与高温力学性能。
技术实现思路
本专利技术针对传统氧化物结合碳化硅膜支撑体使用温度低、耐腐蚀性差等问题，提出一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法。一方面，本专利技术提供了耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：(1)将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；(2)将步骤(1)中的混合粉体进行成型，得到生坯；(3)将步骤(2)中的生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。较佳地，所述的微米级碳化硅粉体的中位粒径为1.0～200μm；所述的亚微米级碳化硅粉体的中位粒径为0.1～1.0μm。较佳地，所述的微米级氮化硅粉体的中位粒径为1.0～30μm；所述的亚微米级氮化硅粉体的中位粒径为0.1～1.0μm。较佳地，所述碳前驱体包括活性碳粉和/或碳有机前驱体，所述碳有机前驱体包括蔗糖、果糖、淀粉与酚醛树脂中至少一种。较佳地，所述的氮化硅粉的质量为碳化硅粉质量的5～35wt％；所述的碳前驱体的质量为碳化硅粉质量的1～25wt％。较佳地，所述成型的方法包括干压成型、注浆成型或挤出成型。较佳地，所述的烧结温度为1350～1750℃，烧结时间为0.5～3h，烧结气氛为氮气或氩气。本专利技术以氮化硅为硅源，与碳化硅粉体、碳粉或碳有机前驱体均匀混合，制备反应烧结碳化硅膜支撑体，其相组成为单一碳化硅相，无杂相，进而使其具有优异的耐腐蚀与耐高温特性，有利于大幅度提升非对称碳化硅陶瓷膜在高温、腐蚀性环境下的使用寿命。另一方面，本专利技术提供了上述制备方法得到的耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体，由纯质碳化硅相组成，孔径为0.1～50μm，孔隙率为30～60％，孔径通过原料中碳化硅粉体粒径可调。较佳地，所述的耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的高温1000℃三点抗弯强度不低于常温三点抗弯强度的80％。较佳地，所述的耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体在10wt％、100℃的H2SO4或NaOH水溶液中腐蚀12小时失重不超过1wt％。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所述的反应烧结碳化硅膜支撑体的孔径大小通过碳化硅粉体的粒径控制。(2)本专利技术所述的反应烧结碳化硅陶瓷膜支撑体组成为单一碳化硅相，与传统的氧化物结合碳化硅膜支撑体相比，具有更优异的耐腐蚀性能与高温强度。(3)本专利技术所述的反应烧结碳化硅膜支撑体在制备过程中无烧结收缩，有利于产品的尺寸控制，并有利于提升成品率。附图说明图1为实施例1得到的耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的X射线衍射图谱。图2为实施例1得到的耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的SEM图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术。在本公开中，耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体，由纯质碳化硅相组成，孔径为0.1～50μm，孔隙率为30～60％，孔径通过原料中碳化硅粉体粒径可调。在一些示例中，耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的高温(1000℃)三点抗弯强度不低于常温三点抗弯强度的80％。在一些示例中，耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体在10wt％、100℃的H2SO4或NaOH水溶液中腐蚀12小时失重不超过1wt％。本专利技术利用氮化硅为硅源，与碳化硅粉体、碳粉或碳有机前驱体均匀混合，制得单一碳化硅相组成的反应烧结碳化硅膜支撑体，其具备优异的耐高温与耐腐蚀特性。在本专利技术中，碳化硅粉体为主要原料，氮化硅粉体为反应烧结的硅源，碳前驱体为反应烧结的碳源。氮化硅与碳前驱体按照特定比例添加后，可按照化学剂量比进行反应，得到纯质碳化硅。常规反应烧结碳化硅一般是以Si为硅源，容易出现流硅、硅气化等问题，使得最终材料中局部残炭或残硅，使得材料中出现杂相，降低了纯度，影响高温性能与耐腐蚀性能。而且，以硅粉、氧化硅等其他硅源，由于其反应为液相传质，易出现流硅、残炭现象，尤其对于多孔陶瓷样品，以氮化硅为硅源，由于其反应为固相反应，反应严格按照化学计量比反应，易得到纯质碳化硅陶瓷。另外，本专利技术中氮化物为反应烧结的硅源，是原料，反应烧结完成后，材料中不含有氮化硅。一些实施方式中，将碳化硅粉、氮化硅粉、碳粉(活性碳粉)或碳有机前驱体充分混合；经成型、反应烧结后制得耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。以下示例性地说明耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法。将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体，在搅拌桶中混合均匀，得到复合粉体。其中，所述碳前驱体包括活性碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；/n（2）将步骤（1）中的混合粉体进行成型，得到生坯；/n（3）将步骤（2）中的生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。/n

【技术特征摘要】
1.耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；
（2）将步骤（1）中的混合粉体进行成型，得到生坯；
（3）将步骤（2）中的生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的微米级碳化硅粉体的中位粒径为1.0～200μm；所述的亚微米级碳化硅粉体的中位粒径为0.1～1.0μm。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的微米级氮化硅粉体的中位粒径为1.0～30μm；所述的亚微米级氮化硅粉体的中位粒径为0.1～1.0μm。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳前驱体包括活性碳粉和/或碳有机前驱体，所述碳有机前驱体包括蔗糖、果糖、淀粉与酚醛树脂中至少一种。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的氮化硅粉的质量为碳化硅粉质量的5～35wt%；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄政仁，吴海波，刘学建，陈忠明，姚秀敏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所苏州研究院，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32