CN102503520B

CN102503520B - 一种制备SiC泡沫陶瓷过滤器的方法

Info

Publication number: CN102503520B
Application number: CN 201110371525
Authority: CN
Inventors: 马战红; 任凤章; 赵培峰; 王宇飞; 李丽华; 申晓妮
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: CN102503520A

Abstract

一种制备SiC泡沫陶瓷过滤器的方法，包括：提供网状聚氨酯泡沫塑料作为陶瓷载体；在水中分别加入聚乙烯亚胺和甲醇来配制活化水溶液，其中聚乙烯亚胺的含量为0.5％-0.8％；甲醇含量为2％-4％；使用活化水溶液对陶瓷载体进行活化处理；配制浆料，其中SiC为100重量份；二氧化硅粉为5-8重量份；氧化铝粉为10-13重量份；锂基膨润土为10-15重量份；粘结剂为5-20重量份；水为40-55重量份；将经过活化处理的陶瓷载体浸渍在浆料中并使其充分吸收浆料；对充分吸收浆料的陶瓷载体进行甩干以去除多余浆料从而形成坯体；以及干燥并烧结坯体从而制得SiC泡沫陶瓷过滤器。本发明由于在PEI中添加了甲醇而大大提高了活化剂的活化性能，使得PEI的浓度可以大幅度降低，从而降低了SiC泡沫陶瓷过滤器的生产成本。

Description

一种制备SiC泡沫陶瓷过滤器的方法

技术领域

本发明涉及SiC泡沫陶瓷。更具体来说，涉及SiC泡沫陶瓷过滤器的制备方法。

背景技术

泡沫陶瓷是20世纪70年代发展起来的一种新型陶瓷材料。由于其特殊多孔三维网状结构而具有透过性好，比表面积大，密度小，耐高温，耐腐蚀，热导率低等优点，泡沫陶瓷过滤器可以有效地拦截液态金属中的夹杂物而提高铸件品质，被广泛应用于冶金工业过滤熔融态金属领域。目前，国内外生产金属过滤用的泡沫陶瓷材料主要集中在Al₂O₃、堇青石和SiC等几类材质上，其中SiC泡沫陶瓷由于具有更优异的抗热震性和耐腐蚀性，成为国内外应用最广泛的泡沫陶瓷材料之一。

泡沫陶瓷的制备工艺有很多，如颗粒堆积成型工艺、发泡工艺、添加造孔剂工艺、有机泡沫浸渍工艺、溶胶-凝胶法等。其中，有机泡沫浸渍工艺是制备高气孔率(70％-90％)泡沫陶瓷的一种有效工艺，该工艺是借助有机泡沫体的三维网状骨架结构，将制备好的浆料均匀地涂覆在有机泡沫体的孔筋上，经干燥烧结后得到泡沫陶瓷。在对有机泡沫体上浆之前，对其进行相关的预处理是非常重要的。

发明人此前的中国专利CN100336780C公开了一种铸造用泡沫陶瓷过滤器的制备方法，其中在上浆之前使用浓度为1％-4％的聚乙烯亚胺(PEI)先对网状聚氨酯泡沫塑料进行表面活化处理。但是，PEI作为活化剂本身又是有机物，浓度太小不能达到良好效果，浓度过大又会由于引入大量的有机物而使坯体烧结过程中的有机物挥发阶段发气剧烈从而降低制品的常温力学性能甚至引起坯体开裂。另外，PEI价格也比较高，需要尽量减少其用量以节省成本。

另外，浆料的组分是影响有机泡沫浸渍法制备SiC泡沫陶瓷性能的重要因素，其中粘结剂对提高挂浆质量和材料性能有重要的影响。在制备泡沫陶瓷的浆料中添加粘结剂，不仅有助于提高素坯干燥后的强度，而且能防止坯体在有机物排除过程中坍塌，从而保证了最终烧结体具有足够的机械强度。目前常用的粘结剂主要有磷酸盐、糊精、硅胶等，使用磷酸盐作为粘结剂，在高温下使用容易在金属熔浆中引入不符合要求的杂质；而糊精作为一种粮食作物，应该尽量少用；硅胶的价格相对较高，不利于降低成本，因此也有必要寻找其他可替代的粘结剂以提高泡沫陶瓷材料的性能，同时进一步降低生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的SiC泡沫陶瓷过滤器的制备方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种SiC泡沫陶瓷过滤器的制备方法，包括：

提供网状聚氨酯泡沫塑料作为陶瓷载体；

在水中分别加入聚乙烯亚胺和甲醇来配制活化水溶液，其中聚乙烯亚胺的含量(重量百分比)为0.5％-0.8％；甲醇含量(重量百分比)为2％-4％；

使用所述活化水溶液对陶瓷载体进行活化处理；

配制浆料，其中SiC为100重量份；二氧化硅粉为5-8重量份；氧化铝粉为10-13重量份；锂基膨润土为10-15重量份；粘结剂为5-20重量份；水为40-55重量份；

将经过活化处理的陶瓷载体浸渍在所述浆料中并使其充分吸收所述浆料；

对充分吸收所述浆料的陶瓷载体进行甩干以去除多余浆料从而形成坯体；以及

干燥并烧结所述坯体从而制得SiC泡沫陶瓷过滤器。

在本发明的一个优选实施例中，在对陶瓷载体进行活化处理之前还可以对陶瓷载体进行乙醇浸泡处理和/或对陶瓷载体进行碱液水解处理。碱液可以为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

活化处理时间可以为1-3小时。

在本发明的一个实施例中，粘结剂可以为糊精。在本发明的另一个实施例中，粘结剂可以为糊精和硅溶胶的混合物。在本发明的优选实施例中，粘结剂可以为更低成本的纸浆粉。

另外，在对陶瓷载体进行活化处理之后可以立即使用空气压缩机从陶瓷载体中吹出多余的活化水溶液。

根据本发明的第二方面，提供了一种SiC泡沫陶瓷过滤器，根据上述方法制得。

本发明使用的活化剂(活化水溶液)由于在PEI中添加了一定量的甲醇而大大提高了其活化性能(由此大大提高了陶瓷载体的亲水性)，使得PEI的浓度可以大幅度降低，从而降低了SiC泡沫陶瓷过滤器的生产成本。

另外，由于本发明还可以在浆料中使用比较低廉的纸浆粉来作为粘结剂，因此进一步降低了SiC泡沫陶瓷过滤器的生产成本。

具体实施方式

下面将通过相关步骤详细描述本发明。本领域技术人员可以理解，以下举例示出的方法和步骤仅用于解释本发明而非用于对其作出任何限制。例如，下面描述的各步骤的顺序并非唯一和不可改变的，只要其符合正常的逻辑顺序而能够实施本发明即可。另外，虽然以陶瓷过滤器为例说明了其制备方法，但本领域技术人员可以理解，本发明的方法也可以用来制备其它任何合适的陶瓷制品。

聚氨酯泡沫塑料的准备和预处理

采用网状聚氨酯泡沫塑料作为陶瓷过滤器载体，按实际需要将其剪裁成一定的形状和尺寸，先使用乙醇(例如75％的工业酒精)浸泡载体以增大载体孔洞直径；然后用碱液例如30％-35％的氢氧化钠或氢氧化钾在适当的温度下(例如55-65摄氏度)对载体进行水解处理(例如1-3小时)以除去载体上的网络间膜。

然后，将载体浸入配制好的活化水溶液中进行充分浸润(例如1-3个小时)。活化水溶液的配制方法为：在水中分别加入聚乙烯亚胺和甲醇，使得聚乙烯亚胺的含量(重量百分比)为0.5％-0.8％；甲醇含量(重量百分比)为2％-4％。此后，可以使用空气压缩机从载体中吹出多余的活化水溶液。优选再在常温下自然干燥载体一段时间例如12-36小时以备用。

浆料的配制

以SiC为基准来配置浆料，即在浆料中的SiC为100重量份的情况下，其它组分分别为：二氧化硅粉为5-8重量份；氧化铝粉为10-13重量份；锂基膨润土为10-15重量份；粘结剂为5-20重量份；水为40-55重量份。

粘结剂可以是糊精，还可以是糊精和硅溶胶的混合物。最为优选的是，粘结剂还可以是比较低廉的纸浆粉。本发明对于纸浆粉并无特殊要求，可以使用常见的市售纸浆粉(例如宜兴市大洋木纤维有限公司、嘉兴市德龙新材料有限公司、温州市皇家化工有限公司等出售的纸浆粉)。

载体的上浆以及坯体的形成

将经过活化处理的陶瓷载体浸渍在上述浆料中并使其充分吸收上述浆料。

对充分吸收上述浆料的陶瓷载体进行甩干(例如使用离心机)以去除多余浆料从而形成坯体。

SiC泡沫陶瓷过滤器的形成

将坯体干燥后于1300-1400℃下烧结3-5小时后形成所需SiC泡沫陶瓷过滤器。

SiC泡沫陶瓷过滤器的性能测试

经测试，所获得SiC泡沫陶瓷过滤器的抗压强度为1.3-1.5MPa，最高使用温度为1700-1800℃。

Claims

1.一种制备SiC泡沫陶瓷过滤器的方法，包括：

提供网状聚氨酯泡沫塑料作为陶瓷载体；

使用所述活化水溶液对陶瓷载体进行活化处理；

干燥并烧结所述坯体从而制得SiC泡沫陶瓷过滤器。

2.根据权利要求1的方法，还包括：在对陶瓷载体进行活化处理之前对陶瓷载体进行乙醇浸泡处理。

3.根据权利要求1或2的方法，还包括：在对陶瓷载体进行活化处理之前对陶瓷载体进行碱液水解处理。

4.根据权利要求3的方法，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

5.根据权利要求1的方法，其中活化处理时间为1-3小时。

6.根据权利要求1的方法，其中粘结剂为糊精。

7.根据权利要求1的方法，其中粘结剂为糊精和硅溶胶的混合物。

8.根据权利要求1的方法，其中粘结剂为纸浆粉。

9.根据权利要求1的方法，还包括：在对陶瓷载体进行活化处理之后立即使用空气压缩机从陶瓷载体中吹出多余的活化水溶液。

10.一种SiC泡沫陶瓷过滤器，根据权利要求1-9之一的方法制得。