CN108426455A - 一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚以及控制陶瓷膜支撑体形变的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，为横条形异型柱状，其径向横截面为倒置的扇形；所述垫脚的下表面为圆柱面，上表面与陶瓷膜支撑体底部相接触的支承面与下表面为同圆心圆柱面。此外，还公开了一种控制陶瓷膜支撑体形变的方法。本发明通过采用具有异型结构的垫脚用以在煅烧过程中支承陶瓷膜支撑体，能够很好地适应陶瓷膜支撑体的烧结收缩形变，从而有效避免了现有技术陶瓷膜支撑体所出现的断裂、麻点、扭曲等外观缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷膜生产技术领域，尤其涉及一种陶瓷膜支撑体煅烧用支承器件以及控制陶瓷膜支撑体形变的方法。
背景技术
膜分离技术已被国际上称为二十一世纪最高效的分离技术之一。陶瓷膜是以Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等原料经一系列特殊工艺制作而成的具有多孔结构的膜分离材料，为两层或两层以上膜层构成的多层非对称结构，包括具有良好分离功能的分离膜层、以及保证陶瓷膜具有足够机械强度和高渗透通量的支撑体膜层。根据支撑体的形状，陶瓷膜可以分为管状、多通道和平板状。平板状陶瓷膜支撑体的外形尺寸通常为宽度250～500mm、长度1000～1500mm、厚度3～7mm，多通道陶瓷膜的外形尺寸通常为长度1000～1800mm、外径25～40mm，采用的主要原料为Al2O3，通过添加有机添加剂，获得可塑性良好的泥料，通过挤出成型获得所需形状，经过干燥、煅烧(煅烧温度在1550～1750℃)而得到陶瓷膜支撑体。
陶瓷膜支撑体通常需要在较高的烧结温度下煅烧，才能够在保持一定孔隙率的前提下获得足够的机械强度。在烧结过程中通常存在2～7％的烧结收缩率，由于陶瓷膜支撑体具有很大的长径比(25～72)，在轴向方向上的长度一般为1000～1800mm，而一根1000mm长的陶瓷膜支撑体，其形变尺寸(也即收缩量)至少为20mm，因此，也就意味着陶瓷膜支撑体在烧结过程中必然出现明显的收缩滑动。为使得陶瓷膜支撑体能够自由滑动，目前现有技术多采用在陶瓷膜支撑体与棚板之间铺一层刚玉砂以减少摩擦。然而，使用刚玉砂存在着以下两个技术问题：
(1)刚玉砂与陶瓷膜支撑体直接接触，由于陶瓷膜的密度较大，约3.9kg/cm3，刚玉砂的粒径约0.2mm；并且刚玉砂尖锐的棱角，使其产生明显的应力集中，类似图钉作用。因此，在支撑体重力的作用下、以及高温条件下，刚玉砂颗粒容易陷入到陶瓷膜支撑体中，从而形成点状外观缺陷。
(2)刚玉砂的存在增大了与陶瓷膜支撑体之间的接触面积，陶瓷膜支撑体与刚玉砂之间形成了面接触，这样，特别是在开始烧结收缩阶段，由于有机物被氧化完全，氧化铝颗粒之间的结合力最弱，增大的接触面积容易导致陶瓷膜支撑体断裂，造成明显的外观缺陷。而且，刚玉砂铺设时难以保证其堆积密度处处相同，在陶瓷膜支撑体重力作用下会发生重排，致使与其接触的陶瓷膜支撑体表面发生扭曲，进而导致陶瓷膜支撑体发生变形等缺陷。目前陶瓷膜支撑体的外观缺陷主要包括断裂、麻点(点缺陷)、扭曲等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，用以在煅烧过程中支承陶瓷膜支撑体，通过采用异型结构实现等高倾斜，以适应陶瓷膜支撑体的烧结收缩形变，从而有效避免出现外观缺陷。本发明的另一目的在于提供一种控制陶瓷膜支撑体形变的方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，为横条形异型柱状，其径向横截面为倒置的扇形；所述垫脚的下表面为圆柱面，上表面与陶瓷膜支撑体底部相接触的支承面与下表面为同圆心圆柱面。
本发明上述异型柱状垫脚，其重心低于中心，因此具有自稳定作用(即不倒翁效应)，从而能够很好地避免对陶瓷膜支撑体的收缩滑动造成阻碍；并且，其支承面和下表面为同圆心圆柱面，因而在倾斜过程中，上述两个面在重力方向上的连线高度相等，也即支承面为等高倾斜，使得其上的陶瓷膜支撑体能够始终保持在同一水平面上收缩滑动。
上述方案中，本发明所述垫脚其支承面的长度大于所支承陶瓷膜支撑体的宽度/直径。
进一步地，本发明垫脚所述上表面为圆柱面，整个上表面即为支承面，适用于平板状陶瓷膜支撑体。或者，所述上表面为中部下凹的鞍型，所述支承面位于上表面的中部下凹处，适用于管状/多通道陶瓷膜支撑体，可避免管状/多通道陶瓷膜支撑体的滚落。
为最大程度适应陶瓷膜支撑体的烧结形变需要，本发明所述垫脚倾斜所产生的支承面的最大水平位移，大于陶瓷膜支撑体烧结收缩量的1/2，即以垫脚发生最大倾斜时能够满足陶瓷膜支撑体的最大形变距离、但不倾倒为准。其中的支承面最大水平位移，可以通过改变支承面的高度、以及垫脚两个侧面之间的夹角进行调节确定。一般地，陶瓷膜支撑体烧结收缩越大，垫脚的支承面所需高度越大、两个侧面之间的夹角越小。
本发明垫脚用于在煅烧过程中支承陶瓷膜支撑体，其高温荷重软化温度需高于陶瓷膜支撑体的煅烧温度50～100℃以上。其制备材料可以采用刚玉质、高铝质、莫来石质、粘土质、镁质耐火材料等。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种控制陶瓷膜支撑体形变的方法，将上述垫脚呈间隔平行并列排放在平整的棚板上；将挤出成型的陶瓷膜支撑体干燥后，以其长度方向与所述垫脚的轴向垂直，将陶瓷膜支撑体置于垫脚上，保持陶瓷膜支撑体与垫脚之间紧密接触，按照陶瓷膜支撑体的烧结制度煅烧即可。
本发明具有以下有益效果：
(1)有效减少了因烧结收缩所导致的膜开裂(断裂)。
烧结必然引起陶瓷膜支撑体的收缩，本发明垫脚使得陶瓷膜支撑体的收缩由滑动转变为滚动，陶瓷膜支撑体的收缩受到的阻力明显减少，从而能够有效避免因烧结收缩所导致的膜开裂(断裂)。
(2)有效减少了因应力集中所导致的点缺陷。
本发明陶瓷膜支撑体与垫脚为线接触，接触面积明显大于刚玉砂尖锐的棱角的面积，不会陷入到陶瓷膜支撑体中，克服了现有技术容易形成点状外观缺陷的问题。而且，由于垫脚支承面其径向横截面的上端边沿为弧形，即使因垫脚发生倾斜，依然能够保持与陶瓷膜支撑体良好的贴合，进而保持连续且相似的接触面积，不会造成陶瓷膜支撑体的外观缺陷。
(3)有效避免了陶瓷膜支撑体在烧结过程中发生变形。
本发明垫脚发生倾斜时其支承面始终保持等高，因此能够有效避免陶瓷膜支撑体在烧结过程中发生扭曲变形等。此外，采用垫脚上表面为中部下凹的鞍型时，利用管状/多通道陶瓷膜支撑体的重力作用，使其必然处于中部最低处，不仅能够避免陶瓷膜支撑体的滚落，而且还具有自整形的作用。
(4)有效满足了不同陶瓷膜支撑体的烧结收缩需求。
本发明可以通过改变支承面的高度、以及垫脚两个侧面之间的夹角，来获得不同垫脚最大倾斜时支承面的最大水平位移，从而满足不同陶瓷膜支撑体烧结收缩的需求。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是本发明实施例一垫脚的结构示意图；
图2是图1的径向横截面示意图；
图3是图1所示实施例垫脚倾斜示意图；
图4是本发明实施例二垫脚的结构示意图；
图5是图4的轴向横截面示意图；
图6是图4所示实施例支承面最低点处径向横截面示意图；
图7是本发明实施例三控制陶瓷膜支撑体形变的方法之一的示意图；
图8是本发明实施例四控制陶瓷膜支撑体形变的方法之二的示意图；
图9是本发明实施例煅烧前陶瓷膜支撑体置于垫脚上的示意图；
图10是本发明实施例煅烧后陶瓷膜支撑体在垫脚上的示意图；
图中：垫脚1，上表面1a，支承面1a’，下表面1b，高度H，位移D，陶瓷膜支撑体2
具体实施方式
实施例一：
图1～图3所示为本发明一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚的实施例之一，如图1所示，垫脚1为横条形异型柱状，长度为300mm，其径向横截面为倒置的扇形(见图2)，下表面1b为圆柱面，上表面1a与下表面1b为同圆心圆柱面，高度H为30mm，两侧为平面、且夹角为30°，可采用刚玉质材料制备。
本实施例垫脚1整个上表面1a即为支承面1a’，适用于平板状陶瓷膜支撑体2。如图3所示，垫脚1发生倾斜时其上表面1a(支承面1a’)始终保持等高H，上表面1a(支承面1a’)的最大水平位移D为17mm。
实施例二：
图4～图6所示为本发明一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚的实施例之二，与实施例一不同之处在于：
如图4所示，本实施例上表面1a为中部下凹的鞍型，轴向横截面的上部为下凹的弧形(见图5)。支承面1a’位于上表面1a的中部，其最低点处径向横截面的上部与下部为同圆心弧形(见图6)。
本实施例长度为40mm，支承面1a最低点处的高度H为25mm，两侧平面的夹角为45°，支承面1a’的最大水平位移D为25mm。适用于管状陶瓷膜支撑体2，可避免管状陶瓷膜支撑体的滚落，且具有自整形作用。
实施例三：
图7所示为本发明一种控制陶瓷膜支撑体形变的方法的实施例之一，将数个实施例一垫脚1以10mm的间隔距离平行并列排放于平整的刚玉棚板上，如图7所示，将挤出成型的平板陶瓷膜支撑体2干燥后，以其长度方向与垫脚的轴向垂直，放置于排放的垫脚1上，保持陶瓷膜支撑体2与垫脚1之间紧密接触，经1550℃煅烧4h，得到平板状陶瓷膜支撑体2，其烧结收缩率为2.5％。
实施例四：
图8所示为本发明一种控制陶瓷膜支撑体形变的方法的实施例之二，与实施例三不同之处在于：
将数个实施例二垫脚1以10mm的间隔距离平行并列排放于平整的刚玉棚板上，如图10所示，将挤出成型的多通道陶瓷膜支撑体2干燥后，以其长度方向与垫脚的轴向垂直，放置于垫脚1的支承面上的最低处，保持陶瓷膜支撑体2与垫脚1之间紧密接触，经1650℃煅烧4h，得到多通道陶瓷膜支撑体2，其烧结收缩率为4.1％。
如图9所示，煅烧前，陶瓷膜支撑体2置于垫脚1之上。煅烧过程中，陶瓷膜支撑体2产生收缩滑动，如图10所示，垫脚1随之发生倾斜以避免对陶瓷膜支撑体2产生阻力，同时依然保持良好接触支承，倾斜时高度始终不变，至煅烧完成。
Claims (7)
1.一种陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，其特征在于：为横条形异型柱状，其径向横截面为倒置的扇形；所述垫脚(1)的下表面(1b)为圆柱面，上表面(1a)与陶瓷膜支撑体(2)底部相接触的支承面(1a’)与下表面(1b)为同圆心圆柱面。
2.根据权利要求1所述的陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，其特征在于：所述垫脚(1)其支承面(1a’)的长度大于所支承陶瓷膜支撑体(2)的宽度/直径。
3.根据权利要求1所述的陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，其特征在于：所述上表面(1a)为圆柱面。
4.根据权利要求1所述的陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，其特征在于：所述上表面(1a)为中部下凹的鞍型，所述支承面(1a’)位于上表面(1a)的中部下凹处。
5.根据权利要求1所述的陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，其特征在于：所述垫脚(1)倾斜所产生的支承面(1a’)的最大水平位移，大于陶瓷膜支撑体(2)烧结收缩量的1/2。
6.根据权利要求1所述的陶瓷膜支撑体煅烧用垫脚，其特征在于：所述垫脚(1)的高温荷重软化温度高于陶瓷膜支撑体(2)的煅烧温度。
7.一种控制陶瓷膜支撑体形变的方法，其特征在于：将权利要求1-6之一所述垫脚(1)呈间隔平行并列排放在平整的棚板上；将挤出成型的陶瓷膜支撑体(2)干燥后，以其长度方向与所述垫脚(1)的轴向垂直，将陶瓷膜支撑体(2)置于垫脚(1)上，保持陶瓷膜支撑体(2)与垫脚(1)之间紧密接触，按照陶瓷膜支撑体(2)的烧结制度煅烧即可。
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