專利名稱：一種純質(zhì)碳化硅膜管支撐體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔陶瓷材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種純質(zhì)碳化硅膜管支撐體及其制備方法，該純質(zhì)碳化硅膜管支撐體具有均勻連通孔隙結(jié)構(gòu)，組成為純質(zhì)碳化硅，不存在氧化物等結(jié)合相，具有高通孔隙率、低壓降、強(qiáng)度高、抗熱沖擊性能好、使用溫度高的特點(diǎn)，制備方法易于實(shí)現(xiàn)，能夠保證產(chǎn)品性能。
背景技術(shù)：
高溫陶瓷過濾材料一般都在各種苛刻的環(huán)境條件下工作，作為氣體凈化用高溫陶瓷過濾材料通常要求具有(1)高的機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫(300 900°C )和優(yōu)良的耐介質(zhì)腐蝕性能；(2)高的過濾精度和過濾氣速以及低的壓力降；(3)易于反吹、操作穩(wěn)定、過濾效率高；(4)具有良好的熱穩(wěn)定性能，能夠承受頻繁的高壓脈沖冷氣體的反吹造成的熱沖擊。同時(shí)，根據(jù)其應(yīng)用場合要求，高溫陶瓷過濾器必須能承受氣流化學(xué)特性變化的影響組分變化 的影響、噴入極細(xì)塵粒時(shí)振動的影響，并保持較高的除塵效率，保持高流量等要求。選擇的陶瓷材料不僅具有熱的化學(xué)、機(jī)械穩(wěn)定性，還應(yīng)具有耐用性和高的可靠性；尤其在高溫高壓條件下，當(dāng)存在氣相硫、堿、氯元素腐蝕的情況時(shí)，還要求陶瓷材料具有高的化學(xué)穩(wěn)定性。高溫陶瓷過濾材料的過濾性能、高溫?zé)岱€(wěn)定性和安定性能以及長周期運(yùn)行的可靠性能，是高溫陶瓷過濾材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。具有過濾、脫硫或脫硝多功能一體化的高溫陶瓷過濾材料將是氣體凈化材料進(jìn)一步發(fā)展方向。在各類陶瓷過濾材料中，以SiC陶瓷最有發(fā)展前景，因?yàn)镾iC較氧化物陶瓷具有高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)、抗熱沖擊性能好、使用溫度高(IOOO0C以上)的特點(diǎn)，因此在汽車尾氣、煤化工、融熔金屬等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域高溫流體過濾方面的優(yōu)選材料。但目前在高溫氣體過濾方面應(yīng)用最多的碳化娃過濾材料多為粘土等氧化物結(jié)合SiC陶瓷，缺點(diǎn)是導(dǎo)熱率低，導(dǎo)致抗熱沖擊性能差，使得陶瓷過濾材料難以承受大的熱負(fù)荷波動；特別是在高溫煤氣化發(fā)電技術(shù)(如IGCC、PFBC)中，因煤中含有硅酸鈉、NaCl成份，煤炭燃燒后轉(zhuǎn)化成的Na2Si2O5會嚴(yán)重腐蝕氧化物結(jié)合碳化硅過濾材料，導(dǎo)致過濾器的破壞失效，而研究表明純凈的SiC陶瓷材料卻不受到上述腐蝕，同時(shí)純質(zhì)碳化硅材料在高溫氧化及還原氣氛下都可以使用，但是目前在純質(zhì)碳化硅過濾材料研制方面技術(shù)少，所得制品強(qiáng)度低、孔徑分布不均勻、過濾效率不高、過濾壓降大、孔隙結(jié)構(gòu)不易于反吹清洗的缺點(diǎn)，限制碳化硅過濾材料的應(yīng)用進(jìn)程。因此，使用溫度高、耐各種介質(zhì)腐蝕、強(qiáng)度高、高強(qiáng)度、低壓降、易于再生、制備方法可靠、成本低的純質(zhì)碳化硅膜管過濾材料是人們所期待的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是避免現(xiàn)有碳化硅過濾材料大多為粘土等氧化物部分結(jié)合的材料組成，提供一種純質(zhì)碳化硅過濾材料，材料組成為99wt %以上碳化硅，使得此種材料能在各種氣氛條件下耐介質(zhì)腐蝕能力更強(qiáng)。
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是避免現(xiàn)有碳化硅膜管技術(shù)中的不足之處，提供一種具有孔隙率大、強(qiáng)度高、低壓降、容易再生，可重復(fù)使用的理想的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體。本發(fā)明還要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種原料易得、配制簡單、成型容易、生產(chǎn)周期短、成品率高、生產(chǎn)成本低的適于規(guī)?；a(chǎn)的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的制備方法。為解決碳化硅過濾材料制備中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種純質(zhì)碳化硅膜管支撐體及其制備方法，支撐體原料組分為(按質(zhì)量份數(shù)計(jì))
權(quán)利要求
1.一種純質(zhì)碳化硅膜管支撐體，其特征在于純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的組成為純質(zhì)SiC,支撐體由粗顆粒5 400 μ m碳化硅堆積結(jié)合而成，具有均勻連通孔隙結(jié)構(gòu)，平均孔徑5 120 μ m，整體氣孔率在25 50%之間。
2.按照權(quán)利要求I所述的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體，其特征在于純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的長度為100 2000mm,管直徑在30 IOOmm之間，壁厚在5 30mm之間，彎曲強(qiáng)度30 70MPa。
3.按照權(quán)利要求I所述的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體，其特征在于純質(zhì)碳化硅膜管支撐體中，純質(zhì)SiC含量在99wt%以上，材料內(nèi)部晶粒結(jié)合完全由碳化硅顆粒自燒結(jié)結(jié)合。
4.按照權(quán)利要求I所述的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的制備方法，其特征在于以粗顆粒碳化硅、氧化硅或硅粉為基本材料，利用高分子材料作為結(jié)合劑，混合配料，利用冷等靜壓包套壓制支撐體，經(jīng)燒結(jié)得到純質(zhì)碳化硅膜管支撐體。
5.按照權(quán)利要求4所述的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的制備方法，其特征在于，具體制備步驟如下 (1)支撐體成型原料準(zhǔn)備 將粗碳化硅顆粒、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、固化劑按質(zhì)量百分比例為(80wt% 60wt% ) : (20wt% IOwt% ) : (20wt% IOwt% ) : (lwt% 2wt% )共混于有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑含量在混合物總量的20 30wt%之間，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨得漿料，而后干燥粉碎得原料復(fù)合粉末； (2)支撐體成型 將上述復(fù)合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機(jī)械震實(shí)，等靜壓包套設(shè)計(jì)尺寸、結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)制備，然后裝入冷等靜壓機(jī)中，加壓壓力為40 150MPa，保壓時(shí)間在2 15分鐘之間，后脫去包套得到預(yù)制支撐體； (3)燒結(jié) 將預(yù)制支撐體在真空、氬氣或其它惰性氣體的保護(hù)氣氛下，燒結(jié)，升溫速率為每分鐘5 15°C，溫度為1500 2400°C，保溫O. 5 5小時(shí)，得純質(zhì)碳化硅膜管支撐體。
6.按照權(quán)利要求5所述的純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的制備方法，其特征在于，步驟(I)中,粗顆粒碳化硅粒度在5 400 μ m之間，硅粉或者氧化硅粒度在5 10 μ m之間；高分子材料選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之一種或一種以上；固化劑為對甲苯磺酸、烏洛托品、草酸或檸檬酸；有機(jī)溶劑為乙醇或甲醛。
全文摘要
本發(fā)明屬于多孔陶瓷材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種純質(zhì)碳化硅膜管支撐體及其制備方法。純質(zhì)碳化硅膜管支撐體的組成為純質(zhì)SiC，支撐體由粗顆粒5～400μm碳化硅堆積結(jié)合而成，具有均勻連通孔隙結(jié)構(gòu)，平均孔徑5～120μm，整體氣孔率在25～50％之間。以粗顆粒碳化硅、氧化硅或硅粉為基本材料，利用高分子材料作為結(jié)合劑，混合配料，利用冷等靜壓包套壓制支撐體，經(jīng)燒結(jié)得到純質(zhì)碳化硅膜管支撐體。本發(fā)明可在氧化氣氛下使用，也可以在還原氣氛下使用，耐酸、堿腐蝕性能強(qiáng)，可用于煤氣化化工及IGCC、PFBC煤氣化發(fā)電、高溫?zé)煔?、汽車尾氣、水凈化等各種高、低溫流體過濾凈化。
文檔編號C04B35/622GK102659446SQ20121009346
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者張勁松, 曹小明, 楊振明, 田沖 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所