一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管及其制备方法，该过滤管在碳化硅陶瓷支撑体及表面膜层之间设有一层莫来石纤维过渡层，其制备方法如下：1)将混合碳化硅粉体、粘接剂、造孔剂、分散剂、无水乙醇和去离子水称取备用；2)将粘结剂与去离子水混合得到粘结剂浆料；3)将分散剂与无水乙醇混合得到分散剂溶液，与混合碳化硅粉体混合均匀得到碳化硅浆料；4)将一部分粘接剂浆料喷涂到支撑体表面，剩余粘接剂浆料加入碳化硅浆料中，再加入造孔剂，将所得浆料采用流延法在碳化硅陶瓷支撑体外表面涂膜，烘干再烧结得到莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管。本发明专利技术提供的莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管及其制备方法


[0001]本专利技术属于采用刚性空心滤体的粒子分离器
，涉及一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年以来，随着我国城市的工业化和城市化建设的高速发展，环境能源的消耗量也在迅速增加。煤炭目前仍然处于主体能源地位，是我国基础能源和重要的工业原料，由于煤炭在利用中会产生大量成分复杂有害的高温废气，直接排放会导致水污染和大气污染问题，因此，废气需要进行严格处理减少环境污染。
[0003]利用无机陶瓷过滤管对废气进行过滤处理的方法具有效率高、能耗低和环境友好等一系列优势，其中碳化硅陶瓷由于具有耐高温、耐腐蚀、抗热冲击、亲水性强以及使用寿命长等突出优点，可应用在各种恶劣的环境条件下，从而得到广泛应用。目前常见的多孔碳化硅陶瓷过滤管的结构包括位于过滤管内层提供力学强度的支撑体及附着在支撑体外面的除去粉尘等污染物颗粒的表面膜层，采用两层结构用于粉尘等污染物的吸附。但在多孔碳化硅陶瓷过滤管制备成型过程中，表面膜层的粉料会进入支撑体孔隙中，使表面膜实际厚度大于名义厚度，一定程度上提高了过滤压，不仅会降低过滤精度和过滤效率，甚至影响其使用寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管及其制备方法，在原有支撑体和表面膜层之间增加一层莫来石纤维过渡层，不仅能使表面膜成膜更均匀，还能防止表面膜粉料进入支撑体孔隙，降低过滤压，同时具有很高的机械强度和耐酸碱性等优异性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]提供一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管，所述莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管在碳化硅陶瓷支撑体及表面膜层之间设有一层莫来石纤维过渡层，其制备方法包括以下步骤：
[0007]1)将混合碳化硅粉体、粘接剂、造孔剂、分散剂、无水乙醇和去离子水按以下质量百分比称取，备用：混合碳化硅粉体49～63％，粘接剂6.5～15％，造孔剂0.25～1％，分散剂1.4～3.4％，去离子水6～13％，无水乙醇17.9～21.6％；
[0008]2)将粘结剂与去离子水混合，得到粘结剂浆料；
[0009]3)将分散剂与无水乙醇混合，得到分散剂溶液，将分散剂溶液与混合碳化硅粉体混合均匀得到碳化硅浆料；
[0010]4)将一部分步骤2)制备的粘接剂浆料喷涂到碳化硅陶瓷支撑体表面，将剩余的粘接剂浆料少量多次地加入到步骤3)所制备的碳化硅浆料中，再加入造孔剂，搅拌均匀得到浆料，将所得浆料采用流延法在碳化硅陶瓷支撑体外表面涂膜，得到碳化硅陶瓷过滤管半
成品，然后将整个碳化硅陶瓷过滤管半成品烘干，再移入烧结炉中烧结，得到莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管。
[0011]按上述方案，所述莫来石纤维过渡层厚度为20～50μm。
[0012]按上述方案，步骤1)所述混合碳化硅粉体由粗碳化硅粉体与细碳化硅粉体按质量份比85～90：10～15混合得到，两者合计100份，其中粗碳化硅粉体的粒径D
50
为20～60μm，细碳化硅粉体的粒径D
50
为10～20μm，粗碳化硅粉体与细碳化硅粉体的纯度均为98wt％以上。采用不同粒径的碳化硅粉体，在高温重结晶过程中，较小的碳化硅颗粒先升华后凝结，大颗粒晶体长大，最终形成具有高结合强度的立体连通结构，可进一步提升所得碳化硅陶瓷支撑体的抗折强度、纯度以及耐腐蚀性。
[0013]按上述方案，步骤1)所述粘接剂由钾长石粉体、石英砂和高岭土粉体按照质量比60～68：8～16：19～32混合得到，所述钾长石粉体粒径为15～30μm，其中K2O含量8～15wt％，Al2O3含量17～20wt％，SiO2含量62～74wt％；所述石英砂目数为200目以上，SiO2含量≥95％；所述高岭土粉体粒径10～20μm，Al2O3含量40～46wt％，SiO2含量46～50wt％。根据K2O
‑
SiO2‑
Al2O3相图通过固相反应生成莫来石。其次钾长石的熔融温度为1200℃左右，在烧结过程中会形成液相，会包覆颗粒与之结合，是一种合适的助溶剂。在钾长石的助溶作用下，高岭土首先在500～900℃转变成铝活性较高的偏高岭土，其所提供的铝源能与细度较小的石英开始反应促进莫来石相的生成；继续升温至1000℃左右，开始有非晶莫来石相和玻璃相出现，此时非晶莫来石相与碳化硅颗粒有较好的化学相容性，能够伴随着玻璃相流动，意味着在支撑体和粘接剂层会有莫来石相互相渗透，形成具有莫来石纤维增强的过度膜层；到1200℃，钾长石既能作为烧结助剂熔融，使部分莫来石液相能够与碳化硅颗粒粘接在一起，而且它能提供钾源，抑制方石英相的生成。降温时液相的莫来石凝固，将整体结构紧密结合在一起。所用石英细度很小，表面活性高较高，可以在烧结开始阶段加速反应进行。
[0014]按上述方案，步骤1)所述造孔剂为炭黑，粒径为1.5μm。
[0015]按上述方案，步骤1)所述分散剂由甲基纤维素、四甲基氢氧化铵和羧甲基纤维素钠按质量比1：1～2：0.9～1.3复配得到。选用这三种原料复配能使得体系处于一个高度稳定的分散状态，避免出现粉体颗粒之间吸附聚集而形成大颗粒沉降的现象。
[0016]按上述方案，步骤2)所述粘结剂浆料固含量为40～60wt％。
[0017]按上述方案，步骤4)粘接剂浆料喷涂到碳化硅陶瓷支撑体表面的厚度为10～25μm。
[0018]按上述方案，步骤4)采用流延法在碳化硅陶瓷支撑体外表面涂膜厚度为0.1～1mm。
[0019]按上述方案，步骤4)所述烘干条件为：105℃下烘3h。
[0020]按上述方案，步骤4)所述烧结工艺条件为：在埋炭气氛下，从室温下以5℃/min的速率升温到550℃，保温1～2h，然后以490～510mL/min的流速通入氩气洗炉，洗炉时间为20min，接着再以5℃/min的速率升温至1280℃，保温2～3h，随后以2℃/min的速率升温至1560℃，保温80～90min，最后以5℃/min的速率降温至300～400℃，保温30～60min，并随炉自然冷却至室温。碳化硅在高温下与氧气可以生成二氧化硅，附着在碳化硅表面，冷却时虽可将碳化硅颗粒粘接在一起使样品增加一定强度，但冷却后的样品由于附着二氧化硅，耐
碱性差。在埋炭气氛中，既可以防止碳化硅被氧化，也能让粉料中的氧化铝和二氧化硅反应生成莫来石相。550℃左右是高岭土开始反应的温度区间，洗炉处理能够减少其他杂质气氛的影响。
[0021]本专利技术还包括上述莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管的制备方法，具体步骤如下：
[0022]1)将混合碳化硅粉体、粘接剂、造孔剂、分散剂、无水乙醇和去离子水按以下质量百分比称取，备用：混合碳化硅粉体49～63％，粘接剂6.5～15％，造孔剂0.25～1％，分散剂1.4～3.4％，去离子水6～13％，无水乙醇17.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管，其特征在于，所述莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管在碳化硅陶瓷支撑体及表面膜层之间设有一层莫来石纤维过渡层，其制备方法包括以下步骤：1)将混合碳化硅粉体、粘接剂、造孔剂、分散剂、无水乙醇和去离子水按以下质量百分比称取，备用：混合碳化硅粉体49～63％，粘接剂6.5～15％，造孔剂0.25～1％，分散剂1.4～3.4％，去离子水6～13％，无水乙醇17.9～21.6％；2)将粘结剂与去离子水混合，得到粘结剂浆料；3)将分散剂与无水乙醇混合，得到分散剂溶液，将分散剂溶液与混合碳化硅粉体混合均匀得到碳化硅浆料；4)将一部分步骤2)制备的粘接剂浆料喷涂到碳化硅陶瓷支撑体表面，将剩余的粘接剂浆料少量多次地加入到步骤3)所制备的碳化硅浆料中，再加入造孔剂，搅拌均匀得到浆料，将所得浆料采用流延法在碳化硅陶瓷支撑体外表面涂膜，得到碳化硅陶瓷过滤管半成品，然后将整个碳化硅陶瓷过滤管半成品烘干，再移入烧结炉中烧结，得到莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管。2.根据权利要求1所述的莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管，其特征在于，所述莫来石纤维过渡层厚度为20～50μm。3.根据权利要求1所述的莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管，其特征在于，步骤1)所述混合碳化硅粉体由粗碳化硅粉体与细碳化硅粉体按质量份比85～90：10～15混合得到，两者合计100份，其中粗碳化硅粉体的粒径D
50
为20～60μm，细碳化硅粉体的粒径D
50
为10～20μm，粗碳化硅粉体与细碳化硅粉体的纯度均为98wt％以上。4.根据权利要求1所述的莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管，其特征在于，步骤1)所述粘接剂由钾长石粉体、石英砂和高岭土粉体按照质量比60～68：8～16：19～32混合得到，所述钾长石粉体粒径为15～30μm，其中K2O含量8～15wt％，Al2O3含量17～20wt％，SiO2含量62～74wt％；所述石英砂目数为200目以上，SiO2含量≥95％；所述高岭土粉体粒径10～20μm，Al2O3含量40～46wt％，SiO2含量46～50wt％。5.根据权利要求1所述的莫来石纤维增强碳化硅陶瓷过滤管，其特征在于，步骤1)所述造孔剂为炭黑，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈凡，余泳幸，徐慢，韦国苏，刘非易，聂昊龙，肖龙泉，张子艺，刘耀东，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：