一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料及其制备方法，原料及质量份数为：碳化硅粉80

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及多孔陶瓷领域，具体涉及一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]早在上个世纪中期，欧洲国家开发了应用在化工、食品、饮料及水处理行业的气，液过滤、微生物处理用多孔陶瓷元件过滤材料，这些主要是多孔SiC、莫来石、ZrO2、堇青石、陶瓷纤维等材料。随后，在高温气体净化、烟气除尘上应用的多孔陶瓷过滤材料相继被开发出来，例如日本Mitsubishi集团旭硝子玻璃公司很早就在在铁炉等烟气除尘方面大范围应用了多孔陶瓷过滤器。多孔陶瓷的过滤是集吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。对于液
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固、气
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固系统的过滤与分离，其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。
[0003]金属多孔材料不仅力学性能远超陶瓷多孔材料，而且延展性和导热较强，可根据应用场景制成金属丝网、金属纤维毡和金属膜等。但是，金属多孔材料随着使用时间变长，容易氧化或者化学变质，其性能逐渐降低，与此同时耐酸碱性有待提高。与金属材料相比，多孔陶瓷材料具有耐久性、高孔隙率、耐腐蚀、稳定性强等优点。最重要的是，陶瓷多孔材料多开气孔，孔与孔之间相互贯通，并与外界环境相连，比表面积大，因此一般情况下陶瓷多孔材料的过滤效率高于金属多孔材料。
[0004]SiC陶瓷过滤材料主要有粘土烧结SiC陶瓷和重结晶/自熔性粘结SiC陶瓷。Si
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C的高度共价键特性使得碳化硅共价性极强和较低的扩散系数，需要在大约在2100℃以上温度才能烧结，典型的就是日本Ibiden公司的重结晶碳化硅，烧结温度非常高，对设备的要求高，能源损耗比较大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术为用于固
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液或固
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气分离材料技术提供一种方案，开发了一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料及其制备方法，该多孔陶瓷材料具有较高力学性能、高孔隙率和优异的孔径分布。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0007]一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其原料主要晶相为碳化硅，粘结相为硅线石，涉及的原料及质量份数为：碳化硅粉80
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120份，钛酸铝粉5
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20份，造孔剂10
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30份，塑性剂5
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15份，润滑剂1
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5份，挤压助剂0.5
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1.5份，水20
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35份。
[0008]所述碳化硅粉中碳化硅含量在99.0％以上，碳化硅粉为粒径为10
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35微米的粗颗粒碳化硅或粒径为10
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35微米的粗颗粒碳化硅与一种以上的细颗粒碳化硅混合的混合物，细颗粒碳化硅和粗颗粒碳化硅粒径相差2000目以上，粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅的重量比为10:1
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1:1，当细颗粒碳化硅为两种以上不同粒径时，不同粒径的碳化硅颗粒相互之间的粒径相差2000目以上。
[0009]所述钛酸铝粉中钛酸铝含量为99.0％以上，钛酸铝粉的粒径为0.1
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10微米；钛酸
铝粉粒径与粗颗粒碳化硅粒径比通常在1:1
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0.5:10之间。
[0010]所述造孔剂为面粉、石墨、土豆粉、玉米淀粉、石蜡、磷酸、木粉、PMMA等的一种或多种任意比例混合。
[0011]所述塑性剂为纤维素、聚乙二醇、面粉中的一种或多种任意比例混合，另外纤维素主要为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或两种任意比例混合。
[0012]所述润滑剂主要包括甘油、润滑油、机油、亚麻油、菜籽油中的一种或多种任意比例混合。
[0013]所述挤压助剂为矿物油、油酸、月桂酸钾、月桂酸钾皂、甘油等的一种或多种任意比例混合。
[0014]本专利技术碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)原料称重：按要求准确称取各原料；
[0016](2)混料：将碳化硅粉倒入搅拌机中搅拌20
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40min，然后将钛酸铝粉加入并搅拌20
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40min，使主料充分混匀，再加入造孔剂搅拌20
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40min，塑性剂搅拌20
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40min，再加入水搅拌5
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10min，成泥后加入润滑剂和挤压助剂搅拌成泥；
[0017](3)陈腐：将混练好的泥料放置在室温以及湿度为30％
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60％环境中陈腐24
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72h，此过程的目的是保证原料以及泥料中的有机物混合均匀，提高泥料的塑性，保证陶瓷的性能，陈腐的时间不宜过长，否则可能会导致烧结后陶瓷性能发生改变；
[0018](4)真空练泥除杂：陈腐完成后的泥料直接倒入练泥机，在真空环境进行练泥，在这个过程需要反复进行30min，同时在练泥机出料端需要垫一个100
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300目过滤网，去除泥料中的杂质和气泡，最终得到具有一定可塑性和较密实的泥料；
[0019](5)挤压成型：将步骤(4)的泥料利用挤压机在
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0.08
‑‑
0.1MPa真空环境下0.2
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0.8MPa压力下挤压成型，得到蜂窝状碳化硅多孔陶瓷生坯；
[0020](6)生坯烘干：挤压得到的蜂窝状碳化硅多孔陶瓷生坯使用微波或热辐射在40
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100℃温度下烘干10
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20min；
[0021](7)坯体堵孔：坯体两端覆膜，并错位开孔，对碳化硅陶瓷坯体进行错位堵孔，堵孔深度为8mm；堵孔后碳化硅陶瓷坯体装炉烧结，制备出所需的碳化硅多孔陶瓷材料。
[0022]步骤(7)烧结是以小于1.5℃/min的速率从室温升到100～200℃，以小于2℃/min的速率升温到300～400℃，以小于2.5℃/min的速率升温到500～700℃，保温1～5h；以小于2℃/min的速率升温至800～1000℃，保温1～5h，以小于2.5℃/min的速率升温至1100～1350℃，以小于1.8℃/min的速率升温至1350～1550℃，保温1
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8h，停止加热，随炉冷却至室温，制备出所需的碳化硅多孔陶瓷材料。
[0023]本专利技术所述用于固
‑
液或固
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气分离的碳化硅多孔陶瓷试验结果表明：室温至800℃环境其热膨胀系数为6.5～8.0
×
10
‑6℃
‑1；主要孔径分布为5
‑
32um，D50中值孔径分布为7
‑
18um，孔容积为0.22
‑
0.32cc/g；孔隙率为40
‑
52％；孔密度为3.8
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6.2个/cm2，机械强度为轴向≥10MPa，横向≥2MPa，4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，原料及质量份数为：碳化硅粉80
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120份，钛酸铝粉5
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20份，造孔剂10
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30份，塑性剂5
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15份，润滑剂1
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5份，挤压助剂0.5
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1.5份，水20
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35份。2.根据权利要求1所述碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述碳化硅粉中碳化硅含量在99.0％以上，碳化硅粉为粒径为10
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35微米的粗颗粒碳化硅或粒径为10
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35微米的粗颗粒碳化硅与一种以上的细颗粒碳化硅混合的混合物，细颗粒碳化硅和粗颗粒碳化硅粒径相差2000目以上，粗颗粒碳化硅和细颗粒碳化硅的重量比为10:1
‑
1:1，当细颗粒碳化硅为两种以上不同粒径时，不同粒径的碳化硅颗粒相互之间的粒径相差2000目以上。3.根据权利要求1所述碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述钛酸铝粉中钛酸铝含量为99.0％以上，钛酸铝粉的粒径为0.1
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10微米；钛酸铝粉粒径与粗颗粒碳化硅粒径比为1:1
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0.5:10。4.根据权利要求1所述碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述造孔剂为面粉、石墨、土豆粉、玉米淀粉、石蜡、磷酸、木粉、PMMA中的一种或多种任意比例混合。5.根据权利要求1所述碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述塑性剂为纤维素、聚乙二醇、面粉中的一种或多种任意比例混合，纤维素为羧甲基纤维素和/或羟丙基甲基纤维素。6.根据权利要求1所述碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述润滑剂为甘油、润滑油、机油、亚麻油、菜籽油中的一种或多种任意比例混合。7.根据权利要求1所述碳化硅基固液气分离用多孔陶瓷材料，其特征在于，所述挤压助剂为矿物油、油酸、月桂酸钾、月桂酸钾皂、甘油中的一种或多种任意比例混合。8.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜廷亭，罗军，陈庆华，聂达，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：