CN103408289A - 一种高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备方法 - Google Patents

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李向明
朱德兰
蔡耀辉
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Abstract

本发明公开了一种高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备方法。首先，将锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣进行过筛，选出不同粒径的炉渣；然后，将粘土倒入氧化铝球磨罐中，放入一定量的氧化铝球，进行高速球磨，得到细颗粒的粘土粉料。将分选出的炉渣和粘土按不同的比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，放入少量氧化铝球，进行低速球磨，得到均匀的混合粉料。将混合粉料倒入模具中进行模压。将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中在1050～1150℃烧结1～3小时，即可得到高孔隙率的粘土基多孔陶瓷。

Description

一种高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备方法。
背景技术
多孔陶瓷是一种极具潜力的高温过滤材料，可用作高温腐蚀性气体和液体的过滤。作为过滤材料，多孔陶瓷需具有较高的开口孔隙率、合适的孔径和较高的强度，以保证其过滤效果和使用可靠性。
文献“高温气体净化用金属多孔材料的发展现状.稀有金属材料与工程,35（2006），No.438–441”综述了目前用于高温气体净化的金属纤维多孔材料的发展现状。金属纤维多孔过滤材料有足够的强度和韧性，良好的耐高温性能，较好的再生能力，能够满足一般环境的过滤要求。但是在高温腐蚀性环境中，金属纤维极易腐蚀，其使用寿命较短，而且金属纤维的制造成本较高。
文献“耐高温空气过滤材料的发展现状.产业用纺织品，3（2010），No.1–5”综述了用于高温空气过滤的纤维织物类过滤材料的发展现状，描述了玻璃纤维类、芳纶织物类和聚合物纤维类过滤材料的特点。纤维织物类过滤材料具有耐高温、强度高、功能性强和工艺适用性好等特点，但是纤维织物类过滤材料的制备需耗费大量的资源和资金，生产成本同样较高。
文献“利用陶瓷抛光废料制备MgO-SiO2-Al2O3系多孔陶瓷过滤材料的研究.硅酸盐通报，27（2008），No.1246–1252”公开了一种多孔陶瓷过滤材料的制备方法。以建筑陶瓷抛光废料为主要原料，并添加适量的煅烧氧化铝和烧滑石，制备出多孔陶瓷过滤材料的孔隙率为40～70%，抗弯强度为4.75～6.85MPa。该工艺过程简单，生产成本较低，为多孔陶瓷过滤材料的制造提供一条理想的技术路线，但该多孔陶瓷材料的抗弯强度太低，很难保证其作为过滤材料使用的可靠性。
发明内容
本发明提供一种廉价高孔隙率粘土基多孔陶瓷材料的制备方法。该方法先将锅炉中无烟煤燃烧后获得的炉渣进行过筛、分选，然后将粘土高速球磨成细颗粒，并与炉渣按不同比例混合均匀后进行模压，最后将坯体进行烧结，制成具有不同孔隙率和孔径的粘土基多孔陶瓷。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术解决方案：
一种廉价高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
（a）不同粒径炉渣制备
将锅炉中无烟煤燃烧后获得的炉渣进行过筛，选出不同粒径的炉渣，本发明以40目，50目，80目和120目的筛子为例，选出炉渣的粒径等级分别为270～380微米，180～270微米和120～180微米。
（b）细颗粒粘土粉料制备
将粘土、水洗干燥后，倒入氧化铝球磨罐中，并放入一定量的氧化铝球，进行高速球磨，得到粒径范围为1～5微米的粘土粉料。球磨工艺为：每100克粘土配30～50颗直径8～12毫米氧化铝球，球磨速度每分钟200～300转，球磨时间1～3小时。
（c）混合粉料制备
将炉渣和粘土按不同比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，放入少量氧化铝球，进行低速球磨，得到混合均匀的粉料。混合工艺为：每100克混合粉料配5～10颗直径8～12毫米氧化铝球，球磨速度每分钟100～150转，球磨时间2～4小时。最终炉渣在混合粉料中的质量分数为10%～50%。
（d）陶瓷坯体的制备
将混合粉料倒入模具中进行模压，模压压力为50～100MPa。
（e）陶瓷坯体的烧结
将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，得到粘土基多孔陶瓷。烧结工艺为：烧结温度1050～1150℃，烧结时间1～3小时。
锅炉中无烟煤烧结后的炉渣是一种环境废料，但其自身具有多孔性和较高的活性。本发明变废为宝，将炉渣作为一种烧结助剂添加到粘土中，既降低了粘土陶瓷的烧结温度，又可在提高粘土陶瓷孔隙率的同时，改善其力学性能。
附图说明
图1是本发明制备多孔陶瓷的流程图；
图2是锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣的微结构照片；
图3是锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣的衍射图谱；
图4是球磨后的细粘土颗粒的衍射图谱；
图5是四个实施例制备的粘土基多孔陶瓷的微结构照片；
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的廉价高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备流程如图1所示：
将锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣分别过筛40目和50目，选出粒径为270～380微米的炉渣。将粘土倒入氧化铝球磨罐中，每100克粘土放入30颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟300转的速度高速球磨1小时，得到粘土粉料。将炉渣和粘土按4:6的重量比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，每100克混合粉料放入10颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟100转的速度球磨，得到混合均匀的混合粉料。将混合粉料倒入模具中，在100MPa的压力下模压，得到陶瓷坯体。将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中，在1050℃温度下烧结2小时，制成多孔粘土陶瓷（图5（1））。
在室温环境下测试，测试结果参见下表1和图3，该多孔粘土陶瓷的开气孔率为58%，平均孔径为6.5μm，抗弯强度为18±5MPa、断裂韧性为0.6±0.1MPa·m1/2。
实施例2：
本实施例的廉价高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备流程如图1所示：
将锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣分别过筛50目和80目，选出粒径为180～270微米的炉渣。将粘土倒入氧化铝球磨罐中，每100克粘土放入40颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟250转的速度高速球磨2小时，得到粘土粉料。将炉渣和粘土按2:8的重量比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，每100克混合粉料放入5颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟100转的速度球磨，得到混合均匀的混合粉料。将混合粉料倒入模具中，在80MPa的压力下模压，得到陶瓷坯体。将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中，在1100℃温度下烧结3小时，制成多孔粘土陶瓷（图5（2））。
在室温环境下测试，测试结果参见下表1和图3，该多孔粘土陶瓷的开气孔率为39%，平均孔径为7.5μm，抗弯强度为24±5MPa、断裂韧性为0.9±0.2MPa·m1/2。
实施例3：
本实施例的廉价高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备流程如图1所示：
将锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣分别过筛50目和80目，选出粒径为180～270微米的炉渣。将粘土倒入氧化铝球磨罐中，每100克粘土放入50颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟200转的速度高速球磨3小时，得到粘土粉料。将炉渣和粘土按5:5的重量比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，每100克混合粉料放入10颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟150转的速度球磨，得到混合均匀的混合粉料。将混合粉料倒入模具中，在50MPa的压力下模压，得到陶瓷坯体。将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中，在1150℃温度下烧结1小时，制成多孔粘土陶瓷（图5（3））。
在室温环境下测试，测试结果参见下表1和图3，该多孔粘土陶瓷的开气孔率为55%，平均孔径为8.0μm，抗弯强度为29±7MPa、断裂韧性为1.2±0.2MPa·m1/2。
实施例4：
本实施例的廉价高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备流程如图1所示：
将锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣分别过筛80目和120目，选出粒径为120～180微米的炉渣。将粘土倒入氧化铝球磨罐中，每100克粘土放入40颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟250转的速度高速球磨2小时，得到粘土粉料。将炉渣和粘土按4:6的重量比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，每100克混合粉料放入8颗直径8～12毫米氧化铝球，以每分钟100转的速度球磨，得到混合均匀的混合粉料。将混合粉料倒入模具中，在100MPa的压力下模压，得到陶瓷坯体。将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中，在1150℃温度下烧结1小时，制成多孔粘土陶瓷（图5（4））。
在室温环境下测试，测试结果参见下表1和图3，该多孔粘土陶瓷的开气孔率为34%，平均孔径为8.5μm，抗弯强度为44±8MPa、断裂韧性为1.1±0.2MPa·m1/2。
表1：
Figure BDA00003647915500051

Claims (2)

1.一种高孔隙率粘土基多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：先将锅炉中无烟煤燃烧后获得的炉渣进行过筛、分选，然后将粘土高速球磨成细颗粒，并与炉渣按不同比例混合均匀后进行模压，最后将坯体进行烧结，制成具有不同孔隙率和孔径的粘土基多孔陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，包括下述步骤：
（a）不同粒径炉渣制备
将锅炉中无烟煤燃烧后的炉渣进行过筛，选出不同粒径的炉渣，本发明以40目，50目，80目和120目的筛子为例，选出炉渣的粒径等级分别为270～380微米，180～270微米和120～180微米；
（b）细颗粒粘土粉料制备
将粘土水洗、干燥后，倒入氧化铝球磨罐中，并放入一定量的氧化铝球，进行高速球磨，得到具有不同粒径为1～5微米的粘土粉料；其中，每100克粘土配30～50颗直径8～12毫米氧化铝球，球磨速度每分钟200～300转，球磨时间1～3小时；
（c）混合粉料制备
将炉渣和粘土按不同的比例混合，倒入氧化铝球磨罐中，放入少量氧化铝球，进行低速球磨，得到混合均匀的混合粉料；其中每100克混合粉料配5～10颗直径8～12毫米氧化铝球，球磨速度每分钟100～150转，球磨时间2～4小时，最终炉渣在混合粉料中的质量分数为10%～50%；
（d）陶瓷坯体制备
将混合粉料倒入模具中进行模压，模压压力为50～100MPa；
（e）陶瓷坯体烧结
将模压成型的陶瓷坯体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为1050～1150℃，烧结时间为1～3小时，即可得到高孔隙率的粘土基多孔陶瓷。
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CN108503343A (zh) * 2018-04-10 2018-09-07 北京英华高科技有限公司 一种新型多孔陶瓷气体分布器及其制备方法

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CN1100987A (zh) * 1993-05-05 1995-04-05 哈尔滨市墙体材料改革建筑节能领导小组办公室 用农业废弃物生产微孔坯体砖
CN103011894A (zh) * 2012-10-19 2013-04-03 华南理工大学 一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法

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