專利名稱：碳化硅多孔陶瓷過濾器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種碳化硅多孔陶瓷過濾器及其制造方法，涉及用于高溫液態(tài)或氣態(tài)流體的 過濾材料，特別涉及碳化硅多孔陶瓷過濾器及其制造方法。
背景技術(shù)：
多孔陶瓷耐高溫、密度低、化學(xué)穩(wěn)定性好，被廣泛用于高溫流體過濾裝置，催化劑載 體，燃燒器、噴嘴、渦輪機(jī)葉片等熱機(jī)耐熱部件等領(lǐng)域。
碳化硅穩(wěn)定的共價(jià)結(jié)構(gòu)，賦予它熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度高、硬度高、彈性模量大、耐磨、 熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)異性能。適用于高溫、高壓、高腐蝕工作環(huán)境。因此， 碳化硅多孔陶瓷是熔融金屬、焦化煤氣、汽車尾氣等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域用作制造凈化過濾器的首選 材料。
但是，現(xiàn)有技術(shù)中使用的碳化硅多孔陶瓷過濾器存在著高溫強(qiáng)度低、化學(xué)穩(wěn)定性差、 孔徑分布不均勻；過濾效率低且生產(chǎn)成本高等不足；特別是在高溫煤氣凈化方面，在使用 過程中容易產(chǎn)生壓降大，反吹清洗困難；使用壽命短等缺陷。
一種燒結(jié)溫度低、使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的 流徑；強(qiáng)度高，使用壽命長，生產(chǎn)成本低的多孔陶瓷過濾器是人們所期待的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種具有梯度孔 結(jié)構(gòu)，燒結(jié)溫度低、使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的流 徑；強(qiáng)度高，使用壽命長，生產(chǎn)成本低；容易再生，可重復(fù)使用的理想的碳化硅多孔陶瓷 過濾器。
本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種配方調(diào)節(jié)方便，工藝設(shè)計(jì)靈活，生產(chǎn)周期 短，生產(chǎn)成本低的碳化硅多孔陶瓷過濾器的制造方法。
本發(fā)明要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器，采用不同孔隙結(jié)構(gòu)的多層陶瓷材料復(fù)合燒結(jié)而成，包括主體坯體層、過渡復(fù)膜層和表面復(fù)膜層，其中:
a. 主體坯體層包括如下原料組分(重量分)
碳化硅陶瓷粉體(50—299 um) 60—90
陶瓷結(jié)合劑 7—20
造孔劑 3—20
減水劑 20—40
b. 過渡復(fù)膜層包括如下原料組分(重量分)-
碳化硅陶瓷粉體(10—30um) 60—90
陶瓷結(jié)合劑 5—18
造孔劑 2—20
聚乙烯醇 0.3—2
水 30—50
c.表面復(fù)膜層包括如下原料組分(重量分)
莫來石陶瓷粉體(0.5—10um) 70—90
陶瓷結(jié)合劑 5—18
造孔劑 4.7—20
聚乙烯醇 0.3—2
水 30—50
不同原料組分、不同粒徑的陶瓷粉體組成的主體坯體層、過渡復(fù)膜層和表面復(fù)膜層的 復(fù)合燒成，為形成梯度孔結(jié)構(gòu)提供了技術(shù)支持。特別是莫來石陶瓷粉體的加入對(duì)于本發(fā)明 的碳化硅多孔陶瓷過濾器的性能起到重要作用，因?yàn)槟獊硎沾扇埸c(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)小、 抗蠕變抗熱震、耐腐蝕、耐磨損、輕質(zhì)，而且，其熱膨脹系數(shù)與碳化硅的熱膨脹系數(shù)相當(dāng) 接近，無疑，選用莫來石結(jié)合的碳化硅多孔陶瓷材料作為過濾器的基礎(chǔ)材料對(duì)于提高機(jī)械 強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性等方面都會(huì)有突出的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明要解決其另 一技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器所采用的陶瓷結(jié)合劑包括如下原料組分(重量分)
氫氧化鋁 10—20 高嶺土 30—80巖棉 10—20 甲基纖維素 2—10 面粉 0—20
由于采用金屬氧化物結(jié)合劑和水性有機(jī)膠粘劑相復(fù)合的陶瓷結(jié)合劑，使坯體成型容
易、成品率高、易于干燥；水性有機(jī)膠粘劑在干燥和燒成工藝過程中除水分以外無其它廢
氣排放，有益環(huán)境保護(hù)；而且其碳化后起到增孔劑的作用。
本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器，所選用的造孔劑是從炭粉、石墨、淀粉、木肖、煤 粉中選擇出來的一種或其中任意兩種以上組合。通過調(diào)節(jié)造孔劑的組分和添加量可以方便 的按照需要控制孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)。而且碳造劑對(duì)保護(hù)環(huán)境有利。
本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器，減水劑包括如下原料組分(重量分)
三聚磷酸鈉 0.2—2 油酸 7—10 動(dòng)物油脂 0—2
水 86—93
本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器的制造方法，其特征在于包括如下步驟
a.陶瓷結(jié)合劑的制備準(zhǔn)確稱取配方給定的原料投入攪拌機(jī)中攪拌混合0.5—1小 時(shí)，混勻，待用；
b. 減水劑的制備準(zhǔn)確稱取配方給定的原料投入混合攪拌釜中，攪拌下混合0.5—1 小時(shí)，備用；
c. 主體坯體泥料制備按照配方準(zhǔn)確稱取50-299 um的碳化硅陶瓷粉體、陶瓷結(jié)合劑、 造孔劑投入球磨機(jī)中，球磨混和0.5 — 2小時(shí)，再加入減水劑，繼續(xù)球磨混合0.5—1小時(shí)， 制成主體坯體泥料，待用；
d. 過渡復(fù)膜層漿料制備按照配方給定的10-30iim碳化硅陶瓷粉體、陶瓷結(jié)合劑、 造孔劑、聚乙烯醇、和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1一2小時(shí)，檢驗(yàn)合格，備用；
e. 表面復(fù)膜層漿料的制備準(zhǔn)確稱取配方給定的0. 5-10 !i m的莫萊石陶瓷粉體、陶瓷 結(jié)合劑、造孔劑、聚乙烯醇和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1一2小時(shí)，檢驗(yàn)合格，備用；
f. 基礎(chǔ)坯體壓制將多孔陶瓷泥料裝入基礎(chǔ)坯體模具中，采用液壓擠壓成型工藝，壓
制成設(shè)計(jì)規(guī)格的碳化硅多孔陶瓷過濾器主體坯體，送入干燥箱中，在90 — 12(TC溫度下烘 干0.5—4小時(shí)，降至室溫，出箱，備用；g. 過渡復(fù)膜層漿料涂敷與干燥將過渡復(fù)膜層漿料均勻噴涂到干燥后的基礎(chǔ)坯體表面
上，噴涂厚度控制在100—500Mm之間；送入干燥箱中，在90—120'C溫度下烘干0.5—2 小時(shí)，出箱，備用；
h. 表面復(fù)膜層漿料涂敷與干燥:將表面復(fù)膜層漿料均勻噴涂到干燥后的過渡復(fù)膜復(fù)層 表面上，噴涂厚度控制在100—500Wn之間；送入干燥箱中，在90—120'C溫度下烘干0.5 _2小時(shí)，降至室溫，出箱，待燒成；
i.燒成過渡層復(fù)膜、表面層復(fù)膜后的碳化硅多孔陶瓷過濾器坯體在1200—1600'C 溫度下，焙燒1一6小時(shí)。
本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器及其制造方法的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)有如下突出的 效果
1. 本發(fā)明的碳化硅過濾器具有較豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，孔徑均勻，具有很高的過濾精度和
過濾效率；
2. 燒成溫度低，使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的流 徑；強(qiáng)度高，使用壽命長；
3. 制造工藝控制靈活，可根據(jù)需求設(shè)計(jì)制造不同規(guī)格的產(chǎn)品，適合于熔融金屬、高溫
煙氣、焦化煤氣、汽車尾氣等各種碳化硅多孔陶瓷過濾器的制造。
4. 生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低，容易再生，可重復(fù)使用；
5. 對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明下面將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述 實(shí)施例1
a. 陶瓷結(jié)合劑的制備準(zhǔn)確稱取氫氧化鋁20公斤，高嶺土70公斤，甲基纖維素IO 公斤，投入攪拌機(jī)中攪拌混合0.5 — 1小時(shí)，混勻，待用；
b. 減水劑的制備準(zhǔn)確稱取三聚磷酸鈉0.2公斤，油酸9.8公斤，水90公斤投入 混合攪拌釜中，攪拌下混合0.5—1小時(shí)，備用；
c. 主體坯體泥料制備準(zhǔn)確稱取粒徑為200 u m的碳化硅陶瓷粉體85公斤，陶瓷結(jié)合 劑10公斤、碳粉5公斤，投入球磨機(jī)中，球磨混和0.5—2小時(shí)，再加入減水劑30公斤， 繼續(xù)球磨混合0.5—1小時(shí)，制成主體坯體泥料，待用。
d. 過渡復(fù)膜層漿料制備準(zhǔn)確稱取粒徑為14ixm的碳化硅陶瓷粉體90公斤，陶瓷結(jié)合劑5公斤，碳粉4.7公斤，聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤投入攪拌混料罐中，攪拌混合 l一2小時(shí)，檢驗(yàn)合格，備用；
e. 表面復(fù)膜層漿料的制備準(zhǔn)確稱取粒徑為5"m的莫萊石陶瓷粉體84.7公斤，陶 瓷結(jié)合10公斤，碳粉5公斤、聚乙烯醇0.3公斤，水50公斤投入攪拌混料罐中，攪拌混 合1一2小時(shí)，檢驗(yàn)合格，備用；
f. 基礎(chǔ)坯體壓制將多孔陶瓷泥料裝入基礎(chǔ)坯體模具中，采用液壓擠壓成型工藝， 壓制成設(shè)計(jì)規(guī)格的碳化硅多孔陶瓷過濾器主體坯體，送入干燥箱中，在90—120。C溫度下 烘干0.5—4小時(shí)，降至室溫，出箱，備用；
g.過渡復(fù)膜層漿料涂敷與干燥將過渡復(fù)膜層漿料均勻噴涂到干燥后的基礎(chǔ)坯體表面 上，噴涂厚度控制在100—500陶之間；送入干燥箱中，在90—120。C溫度下烘干0.5 —2 小時(shí)，降至室溫，出箱，備用；
h.表面復(fù)膜層漿料涂敷與干燥將表面復(fù)膜層漿料均勻噴涂到干燥后的過渡復(fù)膜復(fù)層
表面上，噴涂厚度控制在100—500Pm之間；送入干燥箱中，在90—12(TC溫度下烘干0.5 一2小時(shí)，降至室溫，冷卻，待燒成；
i.燒成過渡層復(fù)膜、表面層復(fù)膜后的碳化硅多孔陶瓷過濾器坯體在1200—160(TC 溫度下，焙燒l一6小時(shí)。
制得碳化硅多孔陶瓷過濾器耐壓強(qiáng)度為26MPa.，耐溫900°C 。
實(shí)施例2
按照實(shí)施例1的方法和步驟，其中
a. 陶瓷結(jié)合劑的原料配方是氫氧化鋁10公斤，高嶺土65公斤，巖棉20公斤，甲基 纖維素5公斤
b. 減水劑的原料配方是三聚磷酸鈉2公斤，油酸8公斤，水90公斤；
c. 主體坯體泥料的原料配方是粒徑為280um的碳化硅陶瓷粉體80公斤，陶瓷結(jié)合 劑18公斤，石墨粉2公斤，減水劑40公斤。
d. 過渡復(fù)膜層漿料的原料配方是粒徑為10 u m的碳化硅陶瓷粉體87. 5公斤，陶瓷結(jié) 合劑10公斤，碳粉2公斤，聚乙烯醇0.5公斤，水50公斤；
e. 表面復(fù)膜層的原料配方是；粒徑為5 u m的莫來石陶瓷粉體79. 7公斤，陶瓷結(jié)合劑 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過濾器耐壓強(qiáng)度為30MPa.，耐溫IOOO"C。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅多孔陶瓷過濾器，其特征在于采用不同宏孔結(jié)構(gòu)的多層陶瓷材料復(fù)合燒結(jié)而成，包括基礎(chǔ)坯體層、過渡復(fù)膜層和表面復(fù)膜層，其中a.主體坯體層包括如下原料組分(wt％)碳化硅陶瓷粉體(50-299μm) 60-90陶瓷結(jié)合劑 0-20造孔劑 0-20追加減水劑 20-40b.過渡復(fù)膜層包括如下原料組分(wt％)碳化硅陶瓷粉體(10-30μm)60-90陶瓷結(jié)合劑 5-18造孔劑 2-20聚乙烯醇0.3-2追加水 30-50c.表面復(fù)膜層包括如下原料組分(wt％)莫來石陶瓷粉體(0.5-10μm)70-90陶瓷結(jié)合劑 5-18造孔劑 4.7-20聚乙烯醇 0.3-2追加水 30-50
2.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅多孔陶瓷過濾器，其特征在于所述之陶瓷結(jié)合劑包括如下原料組分(Wt%):氫氧化鋁 10—20高嶺土 30—80巖棉 10—20甲基纖維素 2—10面粉 0—20
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅多孔陶瓷過濾器，其特征在于所述之造孔劑是從炭粉、石 墨、淀粉、木肖、煤粉中選擇出來的一種或其中任意兩種以上組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅多孔陶瓷過濾器，其特征在于所述之減水劑包括如下原料組分(wt%):三聚磷酸鈉 0.2—2油酸 8 — 10動(dòng)物油脂 0—2水 余量
5.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅多孔陶瓷過濾器的制造方法，其特征在于包括如下步驟a. 陶瓷結(jié)合劑的制備:準(zhǔn)確稱取配方給定的原料投入攪拌機(jī)中攪拌混合0.5—1小時(shí)， 混勻，待用；b. 減水劑的制備準(zhǔn)確稱取配方給定的原料投入混合攪拌釜中，攪拌下混合0.5—1 小時(shí)，備用；c. 基礎(chǔ)坯體泥料制備按照配方準(zhǔn)確稱取50-299 ii m的碳化硅陶瓷粉體、陶瓷結(jié)合劑、 造孔劑投入攪拌混料機(jī)中，攪拌下混和0.5 — 2小時(shí)，再加入減水劑，繼續(xù)混合0.5 — 1小 時(shí)，制成多孔陶瓷泥料，待用；d. 過渡復(fù)膜層漿料制備按照配方給定的10-30um碳化硅陶瓷粉體、陶瓷結(jié)合劑、 造孔劑、聚乙烯醇、和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1—2小時(shí)，檢驗(yàn)合格，備用；e. 表面復(fù)膜層槳料的制備準(zhǔn)確稱取配方給定的0. 5-10 u m的莫萊石陶瓷粉體、陶瓷 結(jié)合劑、造孔劑、聚乙烯醇和水投入攪拌混料罐中，攪拌混合1一2小時(shí)，檢驗(yàn)合格，備用；f. 基礎(chǔ)坯體壓制將多孔陶瓷泥料裝入基礎(chǔ)坯體模具中，采用液壓擠壓成型成設(shè)計(jì)規(guī)格的碳化硅過濾器坯體，送入干燥箱中，在90—120。C溫度下烘干0.5—1小時(shí)，出箱， 備用；g. 過渡復(fù)膜層漿料涂敷與干燥將過渡復(fù)膜層漿料均勻噴涂到干燥后的基礎(chǔ)坯體表面上，噴涂厚度控制在100-500Wn之間；送入干燥箱中，在90—12(TC溫度下烘干0.5 —1小 時(shí)，出箱，備用；h. 表面復(fù)膜層漿料涂敷與干燥將表面復(fù)膜層漿料均勻噴涂到干燥后的過渡復(fù)膜復(fù)層 表面上，噴涂厚度控制在100-500陶之間；送入干燥箱中，在90—12(TC溫度下烘干0.5一1小時(shí)，冷卻，備用；i. 燒成碳化硅多孔陶瓷過濾器坯體在1200—1600'C溫度下焙燒1—6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明是一種碳化硅多孔陶瓷過濾器及其制造方法，涉及用于高溫液態(tài)或氣態(tài)流體的過濾材料。本發(fā)明提供了一種具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)，燒結(jié)溫度低、使用溫度高；高的孔隙率，低的壓力降，大的幾何表面積和曲折的流徑；強(qiáng)度高，使用壽命長，生產(chǎn)成本低；容易再生，可重復(fù)使用的理想的碳化硅多孔陶瓷過濾器及其制造方法。本發(fā)明的碳化硅多孔陶瓷過濾器，采用不同孔隙結(jié)構(gòu)的多層陶瓷材料復(fù)合燒結(jié)而成，包括主體坯體層、過渡復(fù)膜層和表面復(fù)膜層，適用于熔融金屬、高溫?zé)煔狻⒔够簹?、汽車尾氣等各種高溫、低溫流體的過濾凈化。
文檔編號(hào)B01D39/20GK101607158SQ20081001705
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月21日
發(fā)明者張學(xué)山 申請(qǐng)人:淄博鑫拓耐火材料有限公司