碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法
2023-09-20 12:49:45 2
專利名稱：碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法
技術領域：
本發明是一種碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法，涉及用於高溫液態或氣態流體的 過濾材料，特別涉及碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法。
背景技術：
多孔陶瓷耐高溫、密度低、化學穩定性好，被廣泛用於高溫流體過濾裝置，催化劑載 體，燃燒器、噴嘴、渦輪機葉片等熱機耐熱部件等領域。
碳化矽穩定的共價結構，賦予它熔點高、高溫強度高、硬度高、彈性模量大、耐磨、 熱膨脹係數小、熱穩定性好等諸多優異性能。適用於高溫、高壓、高腐蝕工作環境。因此， 碳化矽多孔陶瓷是熔融金屬、焦化煤氣、汽車尾氣等產業領域用作製造淨化過濾器的首選 材料。
但是，現有技術中使用的碳化矽多孔陶瓷過濾器存在著高溫強度低、化學穩定性差、 孔徑分布不均勻；過濾效率低且生產成本高等不足；特別是在高溫煤氣淨化方面，在使用 過程中容易產生壓降大，反吹清洗困難；使用壽命短等缺陷。
一種燒結溫度低、使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的 流徑；強度高，使用壽命長，生產成本低的多孔陶瓷過濾器是人們所期待的。
發明內容
本發明要解決的技術問題是避免上述現有技術中的不足之處，提供一種具有梯度孔 結構，燒結溫度低、使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的流 徑；強度高，使用壽命長，生產成本低；容易再生，可重複使用的理想的碳化矽多孔陶瓷 過濾器。
本發明要解決的另一技術問題是提供一種配方調節方便，工藝設計靈活，生產周期 短，生產成本低的碳化矽多孔陶瓷過濾器的製造方法。
本發明要解決其技術問題所採用的技術方案是
本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器，採用不同孔隙結構的多層陶瓷材料複合燒結而成，包括主體坯體層、過渡復膜層和表面復膜層，其中:
a. 主體坯體層包括如下原料組分(重量分)
碳化矽陶瓷粉體(50—299 um) 60—90
陶瓷結合劑 7—20
造孔劑 3—20
減水劑 20—40
b. 過渡復膜層包括如下原料組分(重量分)-
碳化矽陶瓷粉體(10—30um) 60—90
陶瓷結合劑 5—18
造孔劑 2—20
聚乙烯醇 0.3—2
水 30—50
c.表面復膜層包括如下原料組分(重量分)
莫來石陶瓷粉體(0.5—10um) 70—90
陶瓷結合劑 5—18
造孔劑 4.7—20
聚乙烯醇 0.3—2
水 30—50
不同原料組分、不同粒徑的陶瓷粉體組成的主體坯體層、過渡復膜層和表面復膜層的 複合燒成，為形成梯度孔結構提供了技術支持。特別是莫來石陶瓷粉體的加入對於本發明 的碳化矽多孔陶瓷過濾器的性能起到重要作用，因為莫來石陶瓷熔點高、熱膨脹係數小、 抗蠕變抗熱震、耐腐蝕、耐磨損、輕質，而且，其熱膨脹係數與碳化矽的熱膨脹係數相當 接近，無疑，選用莫來石結合的碳化矽多孔陶瓷材料作為過濾器的基礎材料對於提高機械 強度、高溫穩定性等方面都會有突出的貢獻。
本發明要解決其另 一技術問題所採用的技術方案是
本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器所採用的陶瓷結合劑包括如下原料組分(重量分)
氫氧化鋁 10—20 高嶺土 30—80巖棉 10—20 甲基纖維素 2—10 麵粉 0—20
由於採用金屬氧化物結合劑和水性有機膠粘劑相複合的陶瓷結合劑，使坯體成型容
易、成品率高、易於乾燥；水性有機膠粘劑在乾燥和燒成工藝過程中除水分以外無其它廢
氣排放，有益環境保護；而且其碳化後起到增孔劑的作用。
本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器，所選用的造孔劑是從炭粉、石墨、澱粉、木肖、煤 粉中選擇出來的一種或其中任意兩種以上組合。通過調節造孔劑的組分和添加量可以方便 的按照需要控制孔隙率和孔隙結構。而且碳造劑對保護環境有利。
本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器，減水劑包括如下原料組分(重量分)
三聚磷酸鈉 0.2—2 油酸 7—10 動物油脂 0—2
水 86—93
本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器的製造方法，其特徵在於包括如下步驟
a.陶瓷結合劑的製備準確稱取配方給定的原料投入攪拌機中攪拌混合0.5—1小 時，混勻，待用；
b. 減水劑的製備準確稱取配方給定的原料投入混合攪拌釜中，攪拌下混合0.5—1 小時，備用；
c. 主體坯體泥料製備按照配方準確稱取50-299 um的碳化矽陶瓷粉體、陶瓷結合劑、 造孔劑投入球磨機中，球磨混和0.5 — 2小時，再加入減水劑，繼續球磨混合0.5—1小時， 製成主體坯體泥料，待用；
d. 過渡復膜層漿料製備按照配方給定的10-30iim碳化矽陶瓷粉體、陶瓷結合劑、 造孔劑、聚乙烯醇、和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1一2小時，檢驗合格，備用；
e. 表面復膜層漿料的製備準確稱取配方給定的0. 5-10 !i m的莫萊石陶瓷粉體、陶瓷 結合劑、造孔劑、聚乙烯醇和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1一2小時，檢驗合格，備用；
f. 基礎坯體壓制將多孔陶瓷泥料裝入基礎坯體模具中，採用液壓擠壓成型工藝，壓
製成設計規格的碳化矽多孔陶瓷過濾器主體坯體，送入乾燥箱中，在90 — 12(TC溫度下烘 幹0.5—4小時，降至室溫，出箱，備用；g. 過渡復膜層漿料塗敷與乾燥將過渡復膜層漿料均勻噴塗到乾燥後的基礎坯體表面
上，噴塗厚度控制在100—500Mm之間；送入乾燥箱中，在90—120'C溫度下烘乾0.5—2 小時，出箱，備用；
h. 表面復膜層漿料塗敷與乾燥:將表面復膜層漿料均勻噴塗到乾燥後的過渡復膜復層 表面上，噴塗厚度控制在100—500Wn之間；送入乾燥箱中，在90—120'C溫度下烘乾0.5 _2小時，降至室溫，出箱，待燒成；
i.燒成過渡層復膜、表面層復膜後的碳化矽多孔陶瓷過濾器坯體在1200—1600'C 溫度下，焙燒1一6小時。
本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法的技術方案相比現有技術有如下突出的 效果
1. 本發明的碳化矽過濾器具有較豐富的孔隙結構，孔徑均勻，具有很高的過濾精度和
過濾效率；
2. 燒成溫度低，使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的流 徑；強度高，使用壽命長；
3. 製造工藝控制靈活，可根據需求設計製造不同規格的產品，適合於熔融金屬、高溫
煙氣、焦化煤氣、汽車尾氣等各種碳化矽多孔陶瓷過濾器的製造。
4. 生產周期短、生產成本低，容易再生，可重複使用；
5. 對環境保護有利。
具體實施例方式
本發明下面將結合實施例作進一步詳述 實施例1
a. 陶瓷結合劑的製備準確稱取氫氧化鋁20公斤，高嶺土70公斤，甲基纖維素IO 公斤，投入攪拌機中攪拌混合0.5 — 1小時，混勻，待用；
b. 減水劑的製備準確稱取三聚磷酸鈉0.2公斤，油酸9.8公斤，水90公斤投入 混合攪拌釜中，攪拌下混合0.5—1小時，備用；
c. 主體坯體泥料製備準確稱取粒徑為200 u m的碳化矽陶瓷粉體85公斤，陶瓷結合 劑10公斤、碳粉5公斤，投入球磨機中，球磨混和0.5—2小時，再加入減水劑30公斤， 繼續球磨混合0.5—1小時，製成主體坯體泥料，待用。
d. 過渡復膜層漿料製備準確稱取粒徑為14ixm的碳化矽陶瓷粉體90公斤，陶瓷結合劑5公斤，碳粉4.7公斤，聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤投入攪拌混料罐中，攪拌混合 l一2小時，檢驗合格，備用；
e. 表面復膜層漿料的製備準確稱取粒徑為5"m的莫萊石陶瓷粉體84.7公斤，陶 瓷結合10公斤，碳粉5公斤、聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤投入攪拌混料罐中，攪拌混 合1一2小時，檢驗合格，備用；
f. 基礎坯體壓制將多孔陶瓷泥料裝入基礎坯體模具中，採用液壓擠壓成型工藝， 壓製成設計規格的碳化矽多孔陶瓷過濾器主體坯體，送入乾燥箱中，在90—120。C溫度下 烘乾0.5—4小時，降至室溫，出箱，備用；
g.過渡復膜層漿料塗敷與乾燥將過渡復膜層漿料均勻噴塗到乾燥後的基礎坯體表面 上，噴塗厚度控制在100—500陶之間；送入乾燥箱中，在90—120。C溫度下烘乾0.5 —2 小時，降至室溫，出箱，備用；
h.表面復膜層漿料塗敷與乾燥將表面復膜層漿料均勻噴塗到乾燥後的過渡復膜復層
表面上，噴塗厚度控制在100—500Pm之間；送入乾燥箱中，在90—12(TC溫度下烘乾0.5 一2小時，降至室溫，冷卻，待燒成；
i.燒成過渡層復膜、表面層復膜後的碳化矽多孔陶瓷過濾器坯體在1200—160(TC 溫度下，焙燒l一6小時。
製得碳化矽多孔陶瓷過濾器耐壓強度為26MPa.，耐溫900°C 。
實施例2
按照實施例1的方法和步驟，其中
a. 陶瓷結合劑的原料配方是氫氧化鋁10公斤，高嶺土65公斤，巖棉20公斤，甲基 纖維素5公斤
b. 減水劑的原料配方是三聚磷酸鈉2公斤，油酸8公斤，水90公斤；
c. 主體坯體泥料的原料配方是粒徑為280um的碳化矽陶瓷粉體80公斤，陶瓷結合 劑18公斤，石墨粉2公斤，減水劑40公斤。
d. 過渡復膜層漿料的原料配方是粒徑為10 u m的碳化矽陶瓷粉體87. 5公斤，陶瓷結 合劑10公斤，碳粉2公斤，聚乙烯醇0.5公斤，水50公斤；
e. 表面復膜層的原料配方是；粒徑為5 u m的莫來石陶瓷粉體79. 7公斤，陶瓷結合劑 15公斤，石墨粉5公斤，聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤；
製得碳化矽多孔陶瓷過濾器耐壓強度為30MPa.，耐溫IOOO"C。
權利要求
1.一種碳化矽多孔陶瓷過濾器，其特徵在於採用不同宏孔結構的多層陶瓷材料複合燒結而成，包括基礎坯體層、過渡復膜層和表面復膜層，其中a.主體坯體層包括如下原料組分(wt％)碳化矽陶瓷粉體(50-299μm) 60-90陶瓷結合劑 0-20造孔劑 0-20追加減水劑 20-40b.過渡復膜層包括如下原料組分(wt％)碳化矽陶瓷粉體(10-30μm)60-90陶瓷結合劑 5-18造孔劑 2-20聚乙烯醇0.3-2追加水 30-50c.表面復膜層包括如下原料組分(wt％)莫來石陶瓷粉體(0.5-10μm)70-90陶瓷結合劑 5-18造孔劑 4.7-20聚乙烯醇 0.3-2追加水 30-50
2.根據權利要求1的碳化矽多孔陶瓷過濾器，其特徵在於所述之陶瓷結合劑包括如下原料組分(Wt%):氫氧化鋁 10—20高嶺土 30—80巖棉 10—20甲基纖維素 2—10麵粉 0—20
3. 根據權利要求1的碳化矽多孔陶瓷過濾器，其特徵在於所述之造孔劑是從炭粉、石 墨、澱粉、木肖、煤粉中選擇出來的一種或其中任意兩種以上組合。
4. 根據權利要求1的碳化矽多孔陶瓷過濾器，其特徵在於所述之減水劑包括如下原料組分(wt%):三聚磷酸鈉 0.2—2油酸 8 — 10動物油脂 0—2水 餘量
5.根據權利要求1的碳化矽多孔陶瓷過濾器的製造方法，其特徵在於包括如下步驟a. 陶瓷結合劑的製備:準確稱取配方給定的原料投入攪拌機中攪拌混合0.5—1小時， 混勻，待用；b. 減水劑的製備準確稱取配方給定的原料投入混合攪拌釜中，攪拌下混合0.5—1 小時，備用；c. 基礎坯體泥料製備按照配方準確稱取50-299 ii m的碳化矽陶瓷粉體、陶瓷結合劑、 造孔劑投入攪拌混料機中，攪拌下混和0.5 — 2小時，再加入減水劑，繼續混合0.5 — 1小 時，製成多孔陶瓷泥料，待用；d. 過渡復膜層漿料製備按照配方給定的10-30um碳化矽陶瓷粉體、陶瓷結合劑、 造孔劑、聚乙烯醇、和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1—2小時，檢驗合格，備用；e. 表面復膜層槳料的製備準確稱取配方給定的0. 5-10 u m的莫萊石陶瓷粉體、陶瓷 結合劑、造孔劑、聚乙烯醇和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1一2小時，檢驗合格，備用；f. 基礎坯體壓制將多孔陶瓷泥料裝入基礎坯體模具中，採用液壓擠壓成型成設計規格的碳化矽過濾器坯體，送入乾燥箱中，在90—120。C溫度下烘乾0.5—1小時，出箱， 備用；g. 過渡復膜層漿料塗敷與乾燥將過渡復膜層漿料均勻噴塗到乾燥後的基礎坯體表面上，噴塗厚度控制在100-500Wn之間；送入乾燥箱中，在90—12(TC溫度下烘乾0.5 —1小 時，出箱，備用；h. 表面復膜層漿料塗敷與乾燥將表面復膜層漿料均勻噴塗到乾燥後的過渡復膜復層 表面上，噴塗厚度控制在100-500陶之間；送入乾燥箱中，在90—12(TC溫度下烘乾0.5一1小時，冷卻，備用；i. 燒成碳化矽多孔陶瓷過濾器坯體在1200—1600'C溫度下焙燒1—6小時。
全文摘要
本發明是一種碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法，涉及用於高溫液態或氣態流體的過濾材料。本發明提供了一種具有梯度孔隙結構，燒結溫度低、使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的流徑；強度高，使用壽命長，生產成本低；容易再生，可重複使用的理想的碳化矽多孔陶瓷過濾器及其製造方法。本發明的碳化矽多孔陶瓷過濾器，採用不同孔隙結構的多層陶瓷材料複合燒結而成，包括主體坯體層、過渡復膜層和表面復膜層，適用於熔融金屬、高溫煙氣、焦化煤氣、汽車尾氣等各種高溫、低溫流體的過濾淨化。
文檔編號B01D39/20GK101607158SQ20081001705
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月21日 優先權日2008年6月21日
發明者張學山 申請人:淄博鑫拓耐火材料有限公司