一种纯质碳化硅过滤膜层及其制备方法技术

本发明专利技术属于多孔陶瓷材料及其制备技术领域，具体为一种纯质碳化硅过滤膜层及其制备方法，该种纯质碳化硅过滤膜层具有高通孔隙率、低压降、强度高、抗热冲击性能好、使用温度高的特点，制备方法易于实现，能够保证产品性能。纯质碳化硅过滤膜层的组成为纯质SiC，表面膜层由细颗粒碳化硅堆积结合而成，孔径0.1～20μm，膜层孔隙率在25～50％之间。采用细碳化硅颗粒、硅粉、造孔剂添加剂及有机树脂配制膜层原料，采用喷涂或浸渍方法表面制备膜层，经干燥后，烧结得到纯质碳化硅膜层。本发明专利技术可在氧化气氛下使用，也可以在还原气氛下使用，耐酸、碱腐蚀性能强，可用于煤气化化工及IGCC、PFBC煤气化发电、高温烟气、汽车尾气、水净化等各种高、低温流体过滤净化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔陶瓷材料及其制备
，具体为ー种纯质碳化硅过滤膜层及其制备方法，该种纯质碳化硅过滤膜层组成为纯质碳化硅，不存在氧化物等结合相，具有高通孔隙率、低压降、強度高、抗热冲击性能好、使用温度高的特点，制备方法易于实现，能够保证产品性能。
技术介绍
高温陶瓷过滤材料一般都在各种苛刻的环境条件下工作，作为气体浄化用高温陶瓷过滤材料通常要求具有(1)高的机械强度、耐高温(300 900°C )和优良的耐介质腐蚀性能；(2)高的过滤精度和过滤气速以及低的压カ降；(3)易于反吹、操作稳定、过滤效率高；(4)具有良好的热稳定性能，能够承受频繁的高压脉冲冷气体的反吹造成的热冲击。同吋，根据其应用场合要求，高温陶瓷过滤器必须能承受气流化学特性变化的影响组分变化 的影响、喷入极细尘粒时振动的影响，并保持较高的除尘效率，保持高流量等要求。选择的陶瓷材料不仅具有热的化学、机械稳定性，还应具有耐用性和高的可靠性；尤其在高温高压条件下，当存在气相硫、碱、氯元素腐蚀的情况时，还要求陶瓷材料具有高的化学稳定性。高温陶瓷过滤材料的过滤性能、高温热稳定性和安定性能以及长周期运行的可靠性能，是高温陶瓷过滤材料设计的关键。具有过滤、脱硫或脱硝多功能一体化的高温陶瓷过滤材料将是气体浄化材料进ー步发展方向。在各类陶瓷过滤材料中，以SiC陶瓷最有发展前景，因为SiC较氧化物陶瓷具有高导热率、低膨胀系数、抗热冲击性能好、使用温度高(IOOO0C以上)的特点，因此在汽车尾气、煤化工、融熔金属等产业领域高温流体过滤方面的优选材料。但目前在高温气体过滤方面应用最多的碳化娃过滤材料多为粘土等氧化物结合SiC陶瓷，缺点是导热率低，导致抗热冲击性能差，使得陶瓷过滤材料难以承受大的热负荷波动；特别是在高温煤气化发电技术(如IGCC、PFBC)中，因煤中含有硅酸钠、NaCl成份，煤炭燃烧后转化成的Na2Si2O5会严重腐蚀氧化物结合碳化硅过滤材料，导致过滤器的破坏失效，而研究表明纯净的SiC陶瓷材料却不受到上述腐蚀，同时纯质碳化硅材料在高温氧化及还原气氛下都可以使用，但是目前在纯质碳化硅过滤材料研制方面技术少，所得制品强度低、孔径分布不均匀、过滤效率不高、过滤压降大、孔隙结构不易于反吹清洗的缺点，限制碳化硅过滤材料的应用进程。过滤材料在使用过程中，对过滤精度起到决定作用的是附着在过滤管支撑体表面的过滤膜层，支撑体起到強度作用，由二者形成的梯度结构既可以保证強度要求，又可以保证过滤效果，考虑到过滤阻力问题，过滤膜层做得一般很薄，这样就要求过滤膜层具有高的耐受性和高过滤性能。因此，使用温度高、耐各种介质腐蚀、強度高、高強度、低压降、易于再生、制备方法可靠、成本低的纯质碳化硅过滤膜层是人们所期待的
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是避免现有过滤管材料表面过滤膜层大多为莫来石、氧化铝等氧化物陶瓷的材料组成，提供ー种纯质碳化硅过滤材料，材料组成为99. 5wt%以上碳化硅，使得此种材料能在各种气氛条件下耐介质腐蚀能力更强。本专利技术要解决的另一个技术问题是避免现有过滤管材料表面过滤膜层制备技术中的不足之处，提供ー种孔隙结构可控、孔隙率大、強度高、低压降、容易再生，可重复使用的理想的纯质碳化硅多孔过滤膜层。本专利技术还要解决的ー个技术问题是提供ー种原料易得、配制简单、成型容易、生产周期短、成品率高、生产成本低的适于规模化生产的纯质碳化硅过滤膜层的制备方法。 为解决碳化硅过滤膜层制备中存在的技术问题，本专利技术所采取的技术方案是ー种纯质碳化硅过滤膜层及其制备方法，表面膜层原料组分为(按质量份数计) 细碳化桂颗粒(O. 5 40 μ m)80 60硅粉或氧化硅粉末(O. 5 20 μ m)20 10高分子材料(环氧、酚醛和糠醛树脂之ー种或ー种以上)20 10 造孔剂添加剂(纤维素或聚乙烯醇等)20 10固化剂(对甲苯磺酸、乌洛托品、草酸或柠檬酸)1~2 有机溶剂(乙醇或甲醛)50 80组成原料中，有机树脂烧结过程中首先转变为碳源，与原料中的氧化硅和硅粉反应烧结，能够为膜层提供強度保证，特别是上述各种原料在烧结过程中不会生成氧化物等其他物相组成，全部为原始碳化娃颗粒及反应生成碳化娃相，而生成碳化娃相起到结合原始碳化硅颗粒的作用，保证了材料的纯质化，见附图IXRD衍射图谱，而纯质化碳化硅膜层对于提高材料強度、抗热冲击、高温稳定性和持久寿命起到重要作用。在材料制备中，不同的原料组成、粒度选择，可以保证纯质碳化硅过滤膜层具有高通孔隙率及合理的孔隙结构，保证材料滲透性良好，具有低的过滤压力，同时精细的膜层设计可以良好的保证过滤精度。本专利技术的ー种纯质碳化硅过滤膜层的制备方法，采用细碳化硅颗粒、硅粉、造孔剂添加剂及有机树脂配制膜层原料，采用浸溃或旋转喷涂方法在过滤管支撑体表面制备过滤膜层，经干燥后，烧结得到纯质碳化硅过滤膜层，主要包括以下步骤(I)膜层原料准备将碳化硅粉末、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、造孔剂添加剤、固化剂按质量百分比例为(80wt% 60wt% ) : (20wt% IOwt % ) : (20wt% IOwt % ) : (20wt% IOwt% ) (lwt% 2wt% )，准确配方准确称量，共混于有机溶剂中，有机溶剂含量在50 80wt%之间，经机械搅拌后球磨得膜层浆料，球磨时间为I 2小时，待用。碳化硅粒度在O. 5 40μπι(优选为O. 5 5μπι)之间，硅粉或者氧化硅粒度在O. 5 20 μ m(优选为0. 5 5 μ m)之间；高分子材料选自环氧树脂、酚醛树脂和糠醛树脂之ー种或ー种以上；固化剂为对甲苯磺酸、乌洛托品、草酸或柠檬酸；有机溶剂为こ醇或甲醛，造孔添加剂为纤维素或聚こ烯醇等。(2)表面I旲层涂覆制备表面膜层可采用浸溃或旋转喷涂方法进行。浸溃方法将步骤(I)得到的膜层浆料装入搅拌容器中，将过滤管支撑体垂直插入浆料中，然后过滤管支撑体以一定的速度旋转提拉升起，提拉速度在10 50mm/s之间，旋转速度在5-30rpm/min之间，在支过滤管撑体表面涂覆ー层浆料，而后干燥，再浸溃，通过浸溃次数控制表面膜层厚度；喷涂方法利用气体喷枪将将步骤(I)得到的膜层浆料喷涂在旋转的过滤管支撑体上，旋转速度为5-30rpm/min,通过调节支撑体与喷枪之间相对位移速度(5-100mm/min)控制膜层厚度，干燥后得到表面膜层。通过干燥后膜管外径測量，控制表面膜层厚度在50 1000 μ m之间。(3)烧结膜层经干燥处理后，将涂覆表面膜层后的过滤管支撑体在真空、氩气或其它惰性气体的保护气氛下，烧结，升温速率每分钟I 10°c，升温至800 1200°C，保温O. 5 I小时脱去造孔添加剂；后升温速率为每分钟5 15°C，温度为1500 2400°C，保温O. 5 5小时，得纯质孔隙纯质碳化硅过滤膜层。本专利技术中，纯质碳化硅过滤膜层的组成为纯质SiC，由细颗粒碳化硅堆积结合而成，孔径O. I 20 (优选为O. 2 5) μ m，孔隙率在25 50%之间。所述纯质碳化娃过滤膜层中，纯质SiC含量在99. 5wt%以上,余量为杂质元素,材料内部晶粒结合完全由碳化硅颗粒自烧结结合，不存在粘土或其他氧化物结合相。本专利技术的ー种纯质碳化硅过滤膜层及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯质碳化硅过滤膜层，其特征在于纯质碳化硅过滤膜层的组成为纯质SiC，表面膜层由细颗粒碳化硅堆积结合而成，孔径O. I 20 μ m，膜层孔隙率在25 50%之间。2.按照权利要求I所述的纯质碳化硅过滤膜层，其特征在于纯质碳化硅过滤膜层中，纯质SiC含量在99. 5wt%以上，材料内部晶粒结合完全由碳化硅颗粒自烧结结合。3.按照权利要求I所述的纯质碳化硅过滤膜层的制备方法，其特征在于采用细碳化硅颗粒、硅粉、造孔剂添加剂及有机树脂配制膜层原料，采用喷涂或浸溃方法表面制备膜层，经干燥后，烧结得到纯质碳化硅膜层。4.按照权利要求3所述的纯质碳化硅过滤膜层的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下 (1)膜层原料准备 将碳化硅粉末、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、造孔剂添加剂、固化剂按质量百分比例为(80wt % 60wt % ) : (20wt % IOwt % ) : (20wt % IOwt % ) : (20wt % IOwt% ) (lwt% 2wt% )共混于有机溶剂中，有机溶剂含量在50 80%之间，经机械搅拌后球磨得膜层浆料； (2)表面膜层制备 表面膜层采用浸溃或喷涂方法进行； 浸溃方法将步骤(I)得到的膜层浆料装入搅拌容器中，将过滤管支撑体垂直插入浆料中，然后过滤管支撑体旋转提拉升起，在支撑体表面形成表面梯度膜层； 喷涂方法利用气体喷枪将将步骤(I)得到的膜层浆料喷涂在旋转的预制支撑体上，通过调节支撑体与喷枪之间相对位移速度控制膜层厚度，干燥后得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张劲松，田冲，曹小明，杨振明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：