CN101607158B - 碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法，涉及用于高温液态或气态流体的过滤材料。本发明提供了一种具有梯度孔隙结构，烧结温度低、使用温度高；高的孔隙率，低的压力降，大的几何表面积和曲折的流径；强度高，使用寿命长，生产成本低；容易再生，可重复使用的理想的碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法。本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器，采用不同孔隙结构的多层陶瓷材料复合烧结而成，包括主体坯体层、过渡复膜层和表面复膜层，适用于熔融金属、高温烟气、焦化煤气、汽车尾气等各种高温、低温流体的过滤净化。

Description

碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法

技术领域

本发明是一种碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法，涉及用于高温液态或气态流体的过滤材料，特别涉及碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法。

背景技术

多孔陶瓷耐高温、密度低、化学稳定性好，被广泛用于高温流体过滤装置，催化剂载体，燃烧器、喷嘴、涡轮机叶片等热机耐热部件等领域。

碳化硅稳定的共价结构，赋予它熔点高、高温强度高、硬度高、弹性模量大、耐磨、热膨胀系数小、热稳定性好等诸多优异性能。适用于高温、高压、高腐蚀工作环境。因此，碳化硅多孔陶瓷是熔融金属、焦化煤气、汽车尾气等产业领域用作制造净化过滤器的首选材料。

但是，现有技术中使用的碳化硅多孔陶瓷过滤器存在着高温强度低、化学稳定性差、孔径分布不均匀；过滤效率低且生产成本高等不足；特别是在高温煤气净化方面，在使用过程中容易产生压降大，反吹清洗困难；使用寿命短等缺陷。

一种烧结温度低、使用温度高；高的孔隙率，低的压力降，大的几何表面积和曲折的流径；强度高，使用寿命长，生产成本低的多孔陶瓷过滤器是人们所期待的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：避免上述现有技术中的不足之处，提供一种具有梯度孔结构，烧结温度低、使用温度高；高的孔隙率，低的压力降，大的几何表面积和曲折的流径；强度高，使用寿命长，生产成本低；容易再生，可重复使用的理想的碳化硅多孔陶瓷过滤器。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种配方调节方便，工艺设计灵活，生产周期短，生产成本低的碳化硅多孔陶瓷过滤器的制造方法。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器，采用不同孔隙结构的多层陶瓷材料复合烧结而成，包括主体坯体层、过渡复膜层和表面复膜层，其中：

a.主体坯体层包括如下原料组分(重量分)：

50-299μm的碳化硅陶瓷粉体         60-90

陶瓷结合剂                        7-20

造孔剂                            3-20

减水剂                            20-40

b.过渡复膜层包括如下原料组分(重量分)：

10-30μm的碳化硅陶瓷粉体          60-90

陶瓷结合剂                        5-18

造孔剂                            2-20

聚乙烯醇                          0.3-2

水                                30-50。

c.表面复膜层包括如下原料组分(重量分)：

0.5-10μm的莫来石陶瓷粉体         70-90

陶瓷结合剂                        5-18

造孔剂                            4.7-20

聚乙烯醇                          0.3-2

水                                30-50。

不同原料组分、不同粒径的陶瓷粉体组成的主体坯体层、过渡复膜层和表面复膜层的复合烧成，为形成梯度孔结构提供了技术支持。特别是莫来石陶瓷粉体的加入对于本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器的性能起到重要作用，因为莫来石陶瓷熔点高、热膨胀系数小、抗蠕变抗热震、耐腐蚀、耐磨损、轻质，而且，其热膨胀系数与碳化硅的热膨胀系数相当接近，无疑，选用莫来石结合的碳化硅多孔陶瓷材料作为过滤器的基础材料对于提高机械强度、高温稳定性等方面都会有突出的贡献。

本发明要解决其另一技术问题所采用的技术方案是：

本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器所采用的陶瓷结合剂包括如下原料组分(重量分)：

氢氧化铝  10-20

高岭土    30-80

岩棉        10-20

甲基纤维素  2-10

面粉        0-20。

由于采用金属氧化物结合剂和水性有机胶粘剂相复合的陶瓷结合剂，使坯体成型容易、成品率高、易于干燥；水性有机胶粘剂在干燥和烧成工艺过程中除水分以外无其它废气排放，有益环境保护；而且其碳化后起到增孔剂的作用。

本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器，所选用的造孔剂是从炭粉、石墨、淀粉、木肖、煤粉中选择出来的一种或其中任意两种以上组合。通过调节造孔剂的组分和添加量可以方便的按照需要控制孔隙率和孔隙结构。而且碳造剂对保护环境有利。

本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器，减水剂包括如下原料组分(重量分)：

三聚磷酸钠  0.2-2

油酸        7-10

动物油脂    0-2

水          86-93。

本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

a.陶瓷结合剂的制备：准确称取陶瓷结合剂原料投入搅拌机中搅拌混合0.5-1小时，混匀，待用；

b.减水剂的制备：准确称取减水剂原料投入混合搅拌釜中，搅拌下混合0.5-1小时，备用；

c.主体坯体泥料制备：按照配方准确称取50-299μm的碳化硅陶瓷粉体、陶瓷结合剂、造孔剂投入球磨机中，球磨混和0.5-2小时，再加入减水剂，继续球磨混合0.5-1小时，制成主体坯体泥料，待用；

d.过渡复膜层浆料制备：按照配方给定的10-30μm碳化硅陶瓷粉体、陶瓷结合剂、造孔剂、聚乙烯醇、和水投入搅拌混料罐中，搅拌混合1-2小时，检验合格，备用；

e.表面复膜层浆料的制备：准确称取配方给定的0.5-10μm的莫莱石陶瓷粉体、陶瓷结合剂、造孔剂、聚乙烯醇和水投入搅拌混料罐中，搅拌混合1-2小时，检验合格，备用；

f.主体坯体压制：将多孔陶瓷泥料装入主体坯体模具中，采用液压挤压成型工艺，压制成设计规格的碳化硅多孔陶瓷过滤器主体坯体，送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-4小时，降至室温，出箱，备用；

g.过渡复膜层浆料涂敷与干燥：将过渡复膜层浆料均匀喷涂到干燥后的主体坯体表面上，喷涂厚度控制在100-500μm之间；送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-2小时，出箱，备用；

h.表面复膜层浆料涂敷与干燥：将表面复膜层浆料均匀喷涂到干燥后的过渡复膜复层表面上，喷涂厚度控制在100-500μm之间；送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-2小时，降至室温，出箱，待烧成；

i.烧成：经步骤h表面复膜层浆料涂敷与干燥后的碳化硅多孔陶瓷过滤器坯体在1200-1600℃温度下，焙烧1-6小时。

本发明的碳化硅多孔陶瓷过滤器及其制造方法的技术方案相比现有技术有如下突出的效果：

1.本发明的碳化硅过滤器具有较丰富的孔隙结构，孔径均匀，具有很高的过滤精度和过滤效率；

2.烧成温度低，使用温度高；高的孔隙率，低的压力降，大的几何表面积和曲折的流径；强度高，使用寿命长；

3.制造工艺控制灵活，可根据需求设计制造不同规格的产品，适合于熔融金属、高温烟气、焦化煤气、汽车尾气等各种碳化硅多孔陶瓷过滤器的制造。

4.生产周期短、生产成本低，容易再生，可重复使用；

5.对环境保护有利。

具体实施方式

本发明下面将结合实施例作进一步详述：

实施例1

a.陶瓷结合剂的制备：准确称取氢氧化铝20公斤，高岭土70公斤，甲基纤维素10公斤，投入搅拌机中搅拌混合0.5-1小时，混匀，待用；

b.减水剂的制备：准确称取三聚磷酸钠0.2公斤，油酸9.8公斤，水90公斤投入混合搅拌釜中，搅拌下混合0.5-1小时，备用；

c.主体坯体泥料制备：准确称取粒径为200μm的碳化硅陶瓷粉体85公斤，陶瓷结合剂10公斤、碳粉5公斤，投入球磨机中，球磨混和0.5-2小时，再加入减水剂30公斤，继续球磨混合0.5-1小时，制成主体坯体泥料，待用。

d.过渡复膜层浆料制备：准确称取粒径为14μm的碳化硅陶瓷粉体90公斤，陶瓷结合剂5公斤，碳粉4.7公斤，聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤投入搅拌混料罐中，搅拌混合1-2小时，检验合格，备用；

e.表面复膜层浆料的制备：准确称取粒径为5μm的莫莱石陶瓷粉体84.7公斤，陶瓷结合10公斤，碳粉5公斤、聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤投入搅拌混料罐中，搅拌混合1-2小时，检验合格，备用；

f.主体坯体压制：将多孔陶瓷泥料装入主体坯体模具中，采用液压挤压成型工艺，压制成设计规格的碳化硅多孔陶瓷过滤器主体坯体，送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-4小时，降至室温，出箱，备用；

g.过渡复膜层浆料涂敷与干燥：将过渡复膜层浆料均匀喷涂到干燥后的主体坯体表面上，喷涂厚度控制在100-500μm之间；送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-2小时，降至室温，出箱，备用；

h.表面复膜层浆料涂敷与干燥：将表面复膜层浆料均匀喷涂到干燥后的过渡复膜复层表面上，喷涂厚度控制在100-500μm之间；送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-2小时，降至室温，冷却，待烧成；

i.烧成：过渡层复膜、表面层复膜后的碳化硅多孔陶瓷过滤器坯体在1200-1600℃温度下，焙烧1-6小时。

制得碳化硅多孔陶瓷过滤器耐压强度为26MPa.，耐温900℃。

实施例2

按照实施例1的方法和步骤，其中：

a.陶瓷结合剂的原料配方是：氢氧化铝10公斤，高岭土65公斤，岩棉20公斤，甲基纤维素5公斤：

b.减水剂的原料配方是：三聚磷酸钠2公斤，油酸8公斤，水90公斤；

c.主体坯体泥料的原料配方是：粒径为280μm的碳化硅陶瓷粉体80公斤，陶瓷结合剂18公斤，石墨粉2公斤，减水剂40公斤。

d.过渡复膜层浆料的原料配方是：粒径为10μm的碳化硅陶瓷粉体87.5公斤，陶瓷结合剂10公斤，碳粉2公斤，聚乙烯醇0.5公斤，水50公斤；

e.表面复膜层的原料配方是；粒径为5μm的莫来石陶瓷粉体79.7公斤，陶瓷结合剂15公斤，石墨粉5公斤，聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤；

制得碳化硅多孔陶瓷过滤器耐压强度为30MPa.，耐温1000℃。

Claims (5)

1.一种碳化硅多孔陶瓷过滤器，其特征在于：采用不同宏孔结构的多层陶瓷材料复合烧结而成，包括主体坯体层、过渡复膜层和表面复膜层，其中：

a.主体坯体层包括如下原料组分(wt％)：

50-299μm的碳化硅陶瓷粉体    60-90

陶瓷结合剂                   7-20

造孔剂                       3-20

追加：

减水剂                       20-40

b.过渡复膜层包括如下原料组分(wt％)：

10-30μm的碳化硅陶瓷粉体     60-90

陶瓷结合剂                   5-18

造孔剂                       2-20

聚乙烯醇                     0.3-2

追加：

水                           30-50

c.表面复膜层包括如下原料组分(wt％)：

0.5-10μm的莫来石陶瓷粉体    70-90

陶瓷结合剂                   5-18

造孔剂                       4.7-20

聚乙烯醇                     0.3-2

追加：

水                           30-50。

2.根据权利要求1的碳化硅多孔陶瓷过滤器，其特征在于所述之陶瓷结合剂包括如下原料组分(wt％)：

氢氧化铝      10-20

高岭土        30-80

岩棉          10-20

甲基纤维素    2-10

面粉          0-20。

3.根据权利要求1的碳化硅多孔陶瓷过滤器，其特征在于所述之造孔剂是从炭粉、石墨、淀粉、木肖、煤粉中选择出来的一种或其中任意两种以上组合。

4.根据权利要求1的碳化硅多孔陶瓷过滤器，其特征在于所述之减水剂包括如下原料组分(wt％)：

三聚磷酸钠    0.2-2

油酸          8-10

动物油脂      0-2

水            余量。

5.根据权利要求1的碳化硅多孔陶瓷过滤器的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

a.陶瓷结合剂的制备：准确称取陶瓷结合剂原料投入搅拌机中搅拌混合0.5-1小时，混匀，待用；

b.减水剂的制备：准确称取减水剂原料投入混合搅拌釜中，搅拌下混合0.5-1小时，备用；

c.主体坯体泥料制备：按照配方准确称取50-299μm的碳化硅陶瓷粉体、陶瓷结合剂、造孔剂投入搅拌混料机中，搅拌下混和0.5-2小时，再加入减水剂，继续混合0.5-1小时，制成多孔陶瓷泥料，待用；

d.过渡复膜层浆料制备：按照配方给定的10-30μm碳化硅陶瓷粉体、陶瓷结合剂、造孔剂、聚乙烯醇、和水投入搅拌混料罐中，搅拌混合1-2小时，检验合格，备用；

e.表面复膜层浆料的制备：准确称取配方给定的0.5-10μm的莫莱石陶瓷粉体、陶瓷结合剂、造孔剂、聚乙烯醇和水投入搅拌混料罐中，搅拌混合1-2小时，检验合格，备用；

f.主体坯体压制：将多孔陶瓷泥料装入主体坯体模具中，采用液压挤压成型成设计规格的碳化硅过滤器坯体，送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-1小时，出箱，备用；

g.过渡复膜层浆料涂敷与干燥：将过渡复膜层浆料均匀喷涂到干燥后的主体坯体表面上，喷涂厚度控制在100-500μm之间；送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-1小时，出箱，备用；

h.表面复膜层浆料涂敷与干燥：将表面复膜层浆料均匀喷涂到干燥后的过渡复膜复层表面上，喷涂厚度控制在100-500μm之间；送入干燥箱中，在90-120℃温度下烘干0.5-1小时，冷却，备用；

i.烧成：经步骤h表面复膜层浆料涂敷与干燥后的碳化硅多孔陶瓷过滤器坯体在1200-1600℃温度下焙烧1-6小时。