CN102344300A

CN102344300A - 等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法

Info

Publication number: CN102344300A
Application number: CN2011101821878A
Authority: CN
Inventors: 魏春城; 郑明文; 张艳平; 于萧; 田贵山; 牛金叶
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明提供一种等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，其特征在于：梯度孔陶瓷过滤元件为上下梯度，层数为3层，下层的组成是粒度为10～40μm的骨料、高温结合剂、成型结合剂，中层的组成是粒度为40～80μm的骨料、高温结合剂、成型结合剂和增孔剂，上层的组成是粒度为80～150μm的骨料、高温结合剂、成型结合剂和增孔剂，各层另外添加总重量的2～6％的水，先将配比好的上、中、下层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛，然后依次将下层、中层、上层粉料装入模具中，等静压成型，制备出坯体，室温干燥，然后烧结，即制得具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件。本发明制备的陶瓷过滤元件抗弯曲性强，密封容易，使用寿命长。

Description

等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法

技术领域

本发明提供一种等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，属于多孔陶瓷的制备技术领域。

背景技术

高温气体净化用陶瓷过滤元件要求使用温度高(使用温度大于300℃)，气孔率高(气孔率＞45％)，过滤精度达到1μm，孔径分布窄，弯曲强度＞15MPa，使用寿命长，适合高温气体过滤器用的尺寸为ф60mm×10mm×15000mm带有ф80mm×20mm凸台的陶瓷过滤元件。因为陶瓷过滤元件长度较长，弯曲强度低，在工作状态下，很容易断裂，毁坏，特别是靠近凸台部位，由于应力集中更容易断裂，而更换陶瓷过滤元件耗时长，维修不方便(一般两套或多套陶瓷过滤器并联使用，每套陶瓷过滤器有陶瓷过滤元件上百根)，并且由于过滤元件多孔，气孔率高，表面粗糙，凸台部位密封较困难，因此提高凸台部位的致密性将能提高陶瓷过滤元件的使用寿命。目前已有关于制备陶瓷过滤元件的技术报道，如：1、专利号为03112045.8的“梯度孔陶瓷过滤元件的制备方法”采用等静压法制备出梯度孔陶瓷过滤元件，其梯度由外向内增大，抗弯曲能力低，密封困难；2、专利号为200410023972.9的“热气体净化用高温陶瓷过滤元件及其制备方法”为陶瓷支撑体和其外表面的陶瓷纤维复合膜组成，陶瓷支撑体孔径较大，具有较高的空隙结构和透气性能，但陶瓷纤维复合膜易脱落；以上专利制备的陶瓷过滤元件抗弯曲性不高，使用寿命短。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、抗弯曲性高、使用寿命长的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法。其技术方案为：

一种等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，包括配料、坯体成型和烧结工艺，其特征在于采用以下步骤：1)配料：梯度孔陶瓷过滤元件为上下梯度，层数为3层，最下层为凸台，粉料组成是粒度为10～40μm的骨料、高温烧结助剂、成型结合剂，其重量比为：80～90∶5～15∶2～5；中层长度为50～100mm，粉料组成是粒度为40～80μm的骨料、高温烧结助剂、成型结合剂和增孔剂，其重量比为：80～90∶5～10∶2～5∶2～10；上层的粉料组成是粒度为80～150μm的骨料、高温烧结助剂、成型结合剂和增孔剂，其重量比为：70～80∶5～10∶2～5∶10～20；各层另外添加各层总重量的2～6％的水，先将加入水的上、中、下层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛，其中各层中高温烧结助剂采用质量百分比为高岭土占40～60％、滑石占40～60％的混合物；2)坯体成型：依次将过筛后的下层、中层、上层粉料装入模具中，等静压成型，其成型压力为100～200MPa，制备出具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件坯体；3)干燥烧结：室温干燥，然后放入高温炉中烧结，即制得高温气体净化用陶瓷过滤元件。

所述的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，骨料为氧化铝或碳化硅；成型结合剂为羧甲基纤维素或聚乙二醇中的一种或两者的任意混合物；增孔剂为碳粉、木炭中的一种或两者的任意混合物，其粒度为80～150μm。

所述的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，烧结温度为1200～1400℃，保温1～5h。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明制备的陶瓷过滤元件凸台的骨料颗粒细小，使烧结后过滤元件的凸台表面光滑，强度高，有利于陶瓷过滤元件的密封；

2、本发明制备的陶瓷过滤元件凸台结合部强度高，增强陶瓷过滤元件的抗断裂性；

3、本发明采用高岭土和滑石作为高温烧结助剂，生成堇青石相相，提高了陶瓷过滤元件的强度；

4、本发明采用滑石作为高温烧结助剂，有利于生坯与钢芯的脱模，提高成品率；

5、各层之间的骨料粒度相差较小，有利于各层之间的界面结合；

6、等静压成型制备的陶瓷过滤元件弯曲强度远远大于注凝成型和注浆成型制备的陶瓷过滤元件，且过滤精度高。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的陶瓷过滤元件。

具体实施方式

实施例1

1、配料：梯度孔陶瓷过滤元件分上中下3层，下层粉料为800克40μm的氧化铝、75克高岭土，75克滑石、50克羧甲基纤维素、20克水的混合物；中层粉料为800克80μm的氧化铝、60克高岭土，40克滑石、30克羧甲基纤维素、70克100μm的碳粉、20克水的混合物；上层粉料为7000克150μm的氧化铝、200克高岭土，300克滑石、500克羧甲基纤维素、2000克150μm的碳粉、200克水的混合物，将配比好的下、中、上层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛；

2、坯体成型：依次将过筛后的下、中、上层粉料装入模具中等静压成型，成型压力为100MPa，制备出具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件坯体；

3、烧结：将坯体室温干燥3天，然后放入高温炉，1350℃保温3h，即制得高温气体净化用陶瓷过滤元件。

实施例2

1、配料：梯度孔陶瓷过滤元件分上中下3层，下层粉料为900克10μm的氧化铝、35克高岭土，35克滑石、30克聚乙二醇、60克水的混合物；中层粉料为900克40μm的氧化铝、25克高岭土，25克滑石、20克聚乙二醇、30克80μm的碳粉、60克水的混合物；上层粉料为8000克80μm的氧化铝、300克高岭土，400克滑石、300克聚乙二醇、1000克80μm的碳粉、6000克水的混合物，将配比好的下、中、上层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛；

2、坯体成型：依次将下、中、上3层粉料装入模具中等静压成型，成型压力为150MPa，制备出具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件坯体；

3、烧结：将坯体室温干燥2天，然后放入高温炉，1400℃保温5h，即制得高温气体净化用陶瓷过滤元件。

实施例3

1、配料：梯度孔陶瓷过滤元件分上中下3层，下层粉料为850克20μm的碳化硅、40克高岭土，60克滑石、30克羧甲基纤维素、20克聚乙二醇、40克水的混合物；中层粉料为850克80μm的碳化硅、30克高岭土，30克滑石、20克羧甲基纤维素、20克聚乙二醇、50克100μm的木炭、40克水的混合物；上层粉料为7500克100μm的碳化硅、200克高岭土，300克滑石、200克羧甲基纤维素、300克聚乙二醇、1500克100μm的木炭、400克水的混合物，将配比好的下、中、上层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛；

2、坯体成型：依次将过筛后的下、中、上层粉料装入模具中等静压成型，成型压力为180MPa，制备出具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件坯体；

3、烧结：将坯体室温干燥3天，然后放入高温炉，1200℃保温3h，即制得高温气体净化用陶瓷过滤元件。

实施例4

1、配料：梯度孔陶瓷过滤元件分上中下3层，下层粉料为850克30μm的碳化硅、40克高岭土，60克滑石、30克羧甲基纤维素、20克聚乙二醇、50克水的混合物；中层粉料为850克60μm的碳化硅、30克高岭土，30克滑石、10克羧甲基纤维素、30克聚乙二醇、10克120μm的碳粉、40克120μm的木炭、50克水的混合物；上层粉料为7500克120μm的碳化硅、200克高岭土，300克滑石、100克羧甲基纤维素、400克聚乙二醇、1000克120μm的碳粉、500克120μm的木炭、500克水的混合物，将配比好的下、中、上层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛；

2、坯体成型：依次将过筛后的下、中、上层粉料装入模具中等静压成型，成型压力为200MPa，制备出具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件坯体；

Claims

1.一种等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，包括配料、坯体成型和烧结工艺，其特征在于采用以下步骤：1)配料：梯度孔陶瓷过滤元件为上下梯度，层数为3层，最下层为凸台，粉料组成是粒度为10～40μm的骨料、高温烧结助剂、成型结合剂，其重量比为：80～90∶5～15∶2～5；中层长度为50～100mm，粉料组成是粒度为40～80μm的骨料、高温烧结助剂、成型结合剂和增孔剂，其重量比为：80～90∶5～10∶2～5∶2～10；上层的粉料组成是粒度为80～150μm的骨料、高温烧结助剂、成型结合剂和增孔剂，其重量比为：70～80∶5～10∶2～5∶10～20；各层另外添加各层总重量的2～6％的水，先将加入水的上、中、下层粉料分别在混料机中搅拌均匀后过筛，其中各层中高温烧结助剂采用质量百分比为高岭土占40～60％、滑石占40～60％的混合物；2)坯体成型：依次将过筛后的下层、中层、上层粉料装入模具中，等静压成型，其成型压力为100～200MPa，制备出具有上下梯度结构的陶瓷过滤元件坯体；3)干燥烧结：室温干燥，然后放入高温炉中烧结，即制得高温气体净化用陶瓷过滤元件。

2.如权利要求1所述的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，其特征在于：骨料为氧化铝或碳化硅。

3.如权利要求1所述的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，其特征在于：成型结合剂为羧甲基纤维素或聚乙二醇中的一种或两者的任意混合物。

4.如权利要求1所述的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，其特征在于：增孔剂为碳粉、木炭中的一种或两者的任意混合物，其粒度为80～150μm。

5.如权利要求1所述的等静压法制备高温气体净化用陶瓷过滤元件的方法，其特征在于：烧结温度为1200～1400℃，保温1～5h。