專利名稱：一種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法
技術領域：
本發明屬于多孔陶瓷材料及其制備技術領域，具體為ー種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法，該種純質碳化硅過濾膜層組成為純質碳化硅，不存在氧化物等結合相，具有高通孔隙率、低壓降、強度高、抗熱沖擊性能好、使用溫度高的特點，制備方法易于實現，能夠保證產品性能。
背景技術：
高溫陶瓷過濾材料一般都在各種苛刻的環境條件下工作，作為氣體浄化用高溫陶瓷過濾材料通常要求具有(1)高的機械強度、耐高溫(300 900°C )和優良的耐介質腐蝕性能；(2)高的過濾精度和過濾氣速以及低的壓カ降；(3)易于反吹、操作穩定、過濾效率高；(4)具有良好的熱穩定性能，能夠承受頻繁的高壓脈沖冷氣體的反吹造成的熱沖擊。同吋，根據其應用場合要求，高溫陶瓷過濾器必須能承受氣流化學特性變化的影響組分變化 的影響、噴入極細塵粒時振動的影響，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、機械穩定性，還應具有耐用性和高的可靠性；尤其在高溫高壓條件下，當存在氣相硫、堿、氯元素腐蝕的情況時，還要求陶瓷材料具有高的化學穩定性。高溫陶瓷過濾材料的過濾性能、高溫熱穩定性和安定性能以及長周期運行的可靠性能，是高溫陶瓷過濾材料設計的關鍵。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浄化材料進ー步發展方向。在各類陶瓷過濾材料中，以SiC陶瓷最有發展前景，因為SiC較氧化物陶瓷具有高導熱率、低膨脹系數、抗熱沖擊性能好、使用溫度高(IOOO0C以上)的特點，因此在汽車尾氣、煤化工、融熔金屬等產業領域高溫流體過濾方面的優選材料。但目前在高溫氣體過濾方面應用最多的碳化娃過濾材料多為粘土等氧化物結合SiC陶瓷，缺點是導熱率低，導致抗熱沖擊性能差，使得陶瓷過濾材料難以承受大的熱負荷波動；特別是在高溫煤氣化發電技術(如IGCC、PFBC)中，因煤中含有硅酸鈉、NaCl成份，煤炭燃燒后轉化成的Na2Si2O5會嚴重腐蝕氧化物結合碳化硅過濾材料，導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，同時純質碳化硅材料在高溫氧化及還原氣氛下都可以使用，但是目前在純質碳化硅過濾材料研制方面技術少，所得制品強度低、孔徑分布不均勻、過濾效率不高、過濾壓降大、孔隙結構不易于反吹清洗的缺點，限制碳化硅過濾材料的應用進程。過濾材料在使用過程中，對過濾精度起到決定作用的是附著在過濾管支撐體表面的過濾膜層，支撐體起到強度作用，由二者形成的梯度結構既可以保證強度要求，又可以保證過濾效果，考慮到過濾阻力問題，過濾膜層做得一般很薄，這樣就要求過濾膜層具有高的耐受性和高過濾性能。因此，使用溫度高、耐各種介質腐蝕、強度高、高強度、低壓降、易于再生、制備方法可靠、成本低的純質碳化硅過濾膜層是人們所期待的
發明內容
本發明要解決的技術問題是避免現有過濾管材料表面過濾膜層大多為莫來石、氧化鋁等氧化物陶瓷的材料組成，提供ー種純質碳化硅過濾材料，材料組成為99. 5wt%以上碳化硅，使得此種材料能在各種氣氛條件下耐介質腐蝕能力更強。本發明要解決的另一個技術問題是避免現有過濾管材料表面過濾膜層制備技術中的不足之處，提供ー種孔隙結構可控、孔隙率大、強度高、低壓降、容易再生，可重復使用的理想的純質碳化硅多孔過濾膜層。本發明還要解決的ー個技術問題是提供ー種原料易得、配制簡單、成型容易、生產周期短、成品率高、生產成本低的適于規模化生產的純質碳化硅過濾膜層的制備方法。
為解決碳化硅過濾膜層制備中存在的技術問題，本發明所采取的技術方案是ー種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法，表面膜層原料組分為(按質量份數計)
細碳化桂顆粒(O. 5 40 μ m)80 60
硅粉或氧化硅粉末(O. 5 20 μ m)20 10
高分子材料(環氧、酚醛和糠醛樹脂之ー種或ー種以上)20 10
造孔劑添加劑(纖維素或聚乙烯醇等)20 10
固化劑(對甲苯磺酸、烏洛托品、草酸或檸檬酸)1~2
有機溶劑(乙醇或甲醛)50 80組成原料中，有機樹脂燒結過程中首先轉變為碳源，與原料中的氧化硅和硅粉反應燒結，能夠為膜層提供強度保證，特別是上述各種原料在燒結過程中不會生成氧化物等其他物相組成，全部為原始碳化娃顆粒及反應生成碳化娃相，而生成碳化娃相起到結合原始碳化硅顆粒的作用，保證了材料的純質化，見附圖IXRD衍射圖譜，而純質化碳化硅膜層對于提高材料強度、抗熱沖擊、高溫穩定性和持久壽命起到重要作用。在材料制備中，不同的原料組成、粒度選擇，可以保證純質碳化硅過濾膜層具有高通孔隙率及合理的孔隙結構，保證材料滲透性良好，具有低的過濾壓力，同時精細的膜層設計可以良好的保證過濾精度。本發明的ー種純質碳化硅過濾膜層的制備方法，采用細碳化硅顆粒、硅粉、造孔劑添加劑及有機樹脂配制膜層原料，采用浸潰或旋轉噴涂方法在過濾管支撐體表面制備過濾膜層，經干燥后，燒結得到純質碳化硅過濾膜層，主要包括以下步驟(I)膜層原料準備將碳化硅粉末、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、造孔劑添加剤、固化劑按質量百分比例為(80wt% 60wt% ) : (20wt% IOwt % ) : (20wt% IOwt % ) : (20wt% IOwt% ) (lwt% 2wt% )，準確配方準確稱量，共混于有機溶劑中，有機溶劑含量在50 80wt%之間，經機械攪拌后球磨得膜層漿料，球磨時間為I 2小時，待用。碳化硅粒度在O. 5 40μπι(優選為O. 5 5μπι)之間，硅粉或者氧化硅粒度在O. 5 20 μ m(優選為0. 5 5 μ m)之間；高分子材料選自環氧樹脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之ー種或ー種以上；固化劑為對甲苯磺酸、烏洛托品、草酸或檸檬酸；有機溶劑為こ醇或甲醛，造孔添加劑為纖維素或聚こ烯醇等。(2)表面I旲層涂覆制備表面膜層可采用浸潰或旋轉噴涂方法進行。浸潰方法將步驟(I)得到的膜層漿料裝入攪拌容器中，將過濾管支撐體垂直插入漿料中，然后過濾管支撐體以一定的速度旋轉提拉升起，提拉速度在10 50mm/s之間，旋轉速度在5-30rpm/min之間，在支過濾管撐體表面涂覆ー層漿料，而后干燥，再浸潰，通過浸潰次數控制表面膜層厚度；噴涂方法利用氣體噴槍將將步驟(I)得到的膜層漿料噴涂在旋轉的過濾管支撐體上，旋轉速度為5-30rpm/min,通過調節支撐體與噴槍之間相對位移速度(5-100mm/min)控制膜層厚度，干燥后得到表面膜層。通過干燥后膜管外徑測量，控制表面膜層厚度在50 1000 μ m之間。(3)燒結膜層經干燥處理后，將涂覆表面膜層后的過濾管支撐體在真空、氬氣或其它惰性氣體的保護氣氛下，燒結，升溫速率每分鐘I 10°c，升溫至800 1200°C，保溫O. 5 I小時脫去造孔添加劑；后升溫速率為每分鐘5 15°C，溫度為1500 2400°C，保溫O. 5 5小時，得純質孔隙純質碳化硅過濾膜層。本發明中，純質碳化硅過濾膜層的組成為純質SiC，由細顆粒碳化硅堆積結合而成，孔徑O. I 20 (優選為O. 2 5) μ m，孔隙率在25 50%之間。所述純質碳化娃過濾膜層中，純質SiC含量在99. 5wt%以上,余量為雜質元素,材料內部晶粒結合完全由碳化硅顆粒自燒結結合，不存在粘土或其他氧化物結合相。本發明的ー種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法的技術方案有如下的突出效果I.本發明的純質碳化硅過濾膜層具有単一的碳化硅組成，保證了材料在各種高溫介質下的抗腐蝕性能，尤其在氧化物膜層過濾材料不適宜使用的還原氣氛及高堿腐蝕環境下，穩定性良好，確保材料長使用壽命。2.本發明的純質碳化硅過濾膜層具有精細孔隙結構，保證材料具有很好的過濾精度和過濾效率，并利于反吹清洗的實現，再生容易，可重復使用。3.本發明的純質碳化硅過濾膜層晶粒結合方式為反應生成碳化硅結合原始碳化硅顆粒，二者性質上的一致保證晶粒間結合牢固，保證材料具有高的強度和抗熱沖擊性能。4.本發明的純質碳化硅過濾膜層制備方法エ藝控制靈活，可根據需要設計不同規格的產品，生產周期短，成本低，易于實現，能夠保障產品性能。5.本發明提供的純質碳化硅過濾膜層材料應用領域廣，在氧化、還原、高氯、堿、硫、硅等氣氛下可長時使用，更可在1000°c的高溫下使用，可用于煤化工及高溫煤氣化發電技術粗煤氣過濾、高溫鍋爐等各種エ業煙氣、還可用于污水過濾處理。


圖I碳化硅膜管XRD衍射圖。
圖2純質碳化硅膜管梯度孔隙結構。圖3純質碳化硅膜管表面膜層孔隙結構。圖4純質碳化硅膜管支撐體孔隙結構。
具體實施例方式本發明以粗顆粒碳化硅、氧化硅或硅粉為基本材料，利用高分子材料作為結合剤， 混合配料，利用冷等靜壓包套壓制支撐體，后采用細碳化硅顆粒、硅粉、造孔劑添加劑及有機樹脂配制膜層原料，采用噴涂或浸潰方法表面制備膜層，經干燥后，燒結得到成品膜管，主要包括以下步驟(I)支撐體成型原料準備將粗碳化硅顆粒、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、固化劑按質量百分比例為(80wt % 60wt % ) : (20wt% 10wt% ) : (20wt% 10wt% ) : (lwt% 2wt% ),準確配方準確稱量，共混于有機溶劑中，有機溶劑含量在混合物總量的20 30wt%之間，經機械攪拌后球磨得漿料，而后干燥粉碎得原料復合粉末，球磨時間為I 2小時，干燥溫度為 70 90°C。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；高分子材料選自環氧樹脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之ー種或ー種以上；固化劑為對甲苯磺酸、烏洛托品、草酸或檸檬酸；有機溶劑為こ醇或甲醛；(2)支撐體成型將上述復合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機械震實，等靜壓包套設計尺寸、結構按設計制備，然后裝入冷等靜壓機中，加壓壓カ為40 150MPa，保壓時間視樣品尺寸而定，在2 15分鐘之間，后脫去包套得到預制支撐體，預制支撐體的外徑在IOlOOmm之間，壁厚2mm 30mm。(3)膜層原料準備將碳化硅粉末、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、造孔劑添加剤、固化劑按質量百分比例為(80wt% 60wt% ) : (20wt% IOwt % ) : (20wt% IOwt % ) : (20wt% IOwt% ) (lwt% 2wt% )，準確配方準確稱量，共混于有機溶劑中，有機溶劑含量在50 80wt%之間，經機械攪拌后球磨得膜層漿料，球磨時間為I 2小時，待用。碳化硅粒度在O. 5 40 μ m之間，硅粉或者氧化硅粒度在O. 5 20 μ m之間；高分子材料選自環氧樹脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之ー種或ー種以上；固化劑為對甲苯磺酸、烏洛托品、草酸或檸檬酸；有機溶劑為こ醇或甲醛，造孔添加劑為纖維素或聚こ烯醇等。(4)表面膜層制備表面膜層可采用浸潰或噴涂方法進行。浸潰方法將⑵步驟中得到的預制支撐體，浸入膜層漿料中，以10-50mm/s速度提拉而出，使得支撐體表面涂覆ー層漿料，而后干燥，再浸潰，通過浸潰次數控制表面膜層厚度；噴涂方法利用氣體噴槍將漿料噴涂在旋轉的預制支撐體上，通過調節支撐體與噴槍之間相對位移速度控制膜層厚度，干燥后得到表面膜層。通過干燥后膜管外徑測量，控制表面膜層厚度在50 ΙΟΟΟμπι之間。
(5)燒結將涂覆表面膜層后的膜管預制體在真空、氬氣或其它惰性氣體的保護氣氛下，燒結，升溫速率每分鐘I 10°c，升溫至800 1200°C，保溫O. 5 I小時脫去造孔添加劑；后升溫速率為每分鐘5 15°C，溫度為1500 2400°C，保溫O. 5 5小時，得梯度孔隙純
質碳化硅膜管。本發明中，梯度孔隙純質碳化硅膜管的組成為純質SiC，由支撐體層及表面膜層構成梯度過濾結構；其中，支撐體由粗顆粒碳化硅堆積結合而成，平均孔徑5 120 μ m，表面膜層由細顆粒碳化硅堆積結合而成，孔徑O. I 20 μ m，膜管整體氣孔率在25 50%之間。所述梯度孔隙純質碳化硅膜管的長度為100 2000mm，抗壓強度30 70MPa。所述梯度孔隙純質碳化硅膜管中，純質SiC含量在99. 5wt%以上，余量為雜質元 素，材料內部晶粒結合完全由碳化娃顆粒自燒結結合，不存在粘土或其他氧化物結合相。實施例I將300 μ m碳化硅顆粒、5 μ m硅粉、酚醛樹脂、對甲苯磺酸按質量百分比例為80 20 15 I共混于こ醇中，こ醇含量占總量的20wt%，經機械攪拌后球磨I. 5小時得漿料，而后80°C下干燥粉碎得原料復合粉末。將上述復合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機械震實，等靜壓包套設計管還尺寸為2000mm長，內徑40mm,外徑60mm,后裝入冷等靜壓機中，加壓壓カ為150MPa，保壓5分鐘，后脫去包套得到預制支撐體。將I. 5μπι碳化硅粉末、I. 5μπι硅粉、環氧樹脂、纖維素、對甲苯磺酸按質量比例為70 15 20 10 2共混于こ醇中，こ醇含量占總量的60wt%，經機械攪拌后球磨得膜層漿料。表面膜層制備將選用兩種方法驗證浸潰方法將得到的預制支撐體，浸入膜層漿料中，以20mm/s速度提拉而出，使得支撐體表面涂覆ー層漿料，而后干燥，再浸潰，反復浸潰3次、5次、6次得三種浸潰表面膜層膜管，分別標記為a、b、c膜管。噴涂方法利用氣體噴槍將漿料噴涂在旋轉的預制支撐體上，通過調節支撐體與噴槍之間相對位移速度控制膜層厚度，干燥后得到表面膜層。噴槍物料流速為20克/秒,相對位移速度為80mm/min、50mm/min、30mm/min,得三種噴涂表面膜層膜管，分別為d、e、f膜管。將涂覆表面膜層后的膜管預制體在氬氣的保護氣氛下，燒結，升溫速率每分鐘5°C，升溫至1200°C，保溫O. 5小時；后升溫速率為每分鐘10°C，溫度為2000°C，保溫I小時，得六種不同膜層涂覆方式的梯度孔隙純質碳化硅膜管。如圖I所示，從碳化硅膜管XRD衍射圖可以看出碳化硅膜管為次生碳化硅結合原始碳化硅顆粒組成，不存在第二相，實現材料純質化目的。得到材料三點彎曲彎曲強度為55MPa, a、b、c、d、e、f 膜管層厚度分別為 100 μ m、180 μ m、250 μ m、200 μ m、500 μ m、1000 μ m。如圖2-圖4所示，過濾管支撐體與純質碳化硅過濾膜層形成的梯度孔隙結構支撐體平均孔徑尺寸為60 μ m，孔隙率為42% ;表面膜層平均孔徑尺寸為O. 8 μ m，孔隙率為40%,材料耐溫1000°C。如圖4所示，從純質碳化硅膜管支撐體孔隙結構可以看出材料內部孔隙均勻連通，可以確保支撐體所需低過濾阻力，高滲透率的要求，同時晶粒結合緊密，確保了材料高強度性能。實施例2
與實施例I不同之處在于將25 ii m碳化娃顆粒、10 V- m氧化娃粉末、糠醒樹脂、對甲苯磺酸按質量百分比例為70 : 15 : 20 : 2共混于乙醇中，乙醇含量占總量的30wt%，經機械攪拌后球磨2小時得漿料，而后80°C下干燥粉碎得原料復合粉末。將上述復合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機械震實，等靜壓包套設計管還尺寸為IOOOmm長，內徑80mm,外徑100mm,后裝入冷等靜壓機中，加壓壓力為lOOMPa，保壓12分鐘，后脫去包套得到預制支撐體。將0.5 iim碳化硅粉末、0.5 iim硅粉、酚醛樹脂、聚乙烯醇、草酸按質量比例為80 20 15 10 I共混于乙醇中，乙醇含量占總量的80wt%，經機械攪拌后球磨得膜層漿料。將得到的預制支撐體，浸入膜層漿料中，以30mm/s速度提拉而出，使得支撐體表面涂覆一層漿料，而后干燥，再浸潰，反復浸潰3次，將涂覆表面膜層后的膜管預制體在氬氣的保護氣氛下，燒結，升溫速率每分鐘3°C，升溫至800°C，保溫I小時；后升溫速率為每分鐘15°C，溫度為2400°C，保溫I. 5小時，得梯度孔隙純質碳化硅膜管。得到材料三點彎曲彎曲強度為70MPa，如圖2_圖4所示，過濾管支撐體與純質碳化硅過濾膜層形成的梯度孔隙結構膜層厚度分別為150 Pm、支撐體平均孔徑尺寸為5 ym，孔隙率為38% ;表面膜層平均孔徑尺寸為0. 2pm，孔隙率為35%，材料耐溫900°C。如圖4所示，從純質碳化硅膜管支撐體孔隙結構可以看出材料內部孔隙均勻連通，可以確保支撐體所需低過濾阻力，高滲透率的要求，同時晶粒結合緊密，確保了材料高強度性能。實施例3與實施例I不同之處在于將25 m碳化硅顆粒、5 y m硅粉、糠醛樹脂、對甲苯磺酸按質量百分比例為70 15 20 2共混于乙醇中，乙醇含量占總量的30wt%，經機械攪拌后球磨2小時得漿料，而后80°C下干燥粉碎得原料復合粉末。將上述復合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機械震實，等靜壓包套設計管坯尺寸為IOOOmm長，內徑20mm，外徑30mm，后裝入冷等靜壓機中，加壓壓力為lOOMPa，保壓12分鐘，后脫去包套得到預制支撐體。將0.5 iim碳化硅粉末、0.5 iim硅粉、酚醛樹脂、聚乙烯醇、草酸按質量比例為80 20 15 10 I共混于乙醇中，乙醇含量占總量的80wt%，經機械攪拌后球磨得膜層漿料。將得到的預制支撐體，浸入膜層漿料中，以30mm/s速度提拉而出，使得支撐體表面涂覆一層漿料，而后干燥，再浸潰，反復浸潰3次，將涂覆表面膜層后的膜管預制體在氬氣的保護氣氛下，燒結，升溫速率每分鐘3°C，升溫至800°C，保溫I小時；后升溫速率為每分鐘15°C，溫度為2400°C，保溫I. 5小時，得梯度孔隙純質碳化硅膜管。得到材料三點彎曲彎曲強度為70MPa，如圖2_圖4所示，過濾管支撐體與純質碳化硅過濾膜層形成的梯度孔隙結構膜層厚度分別為150 Pm、支撐體平均孔徑尺寸為5 ym，孔隙率為38% ;表面膜層平均孔徑尺寸為0. 2pm，孔隙率為35%，材料耐溫900°C。如圖4所示，從純質碳化硅膜管支撐體孔隙結構可以看出材料內部孔隙均勻連通，可以確保支撐體所需低過濾阻力，高滲透率的要求，同時晶粒結合緊密，確保了材料高強度性能。實施例4與實施例I不同之處在于
將400 U m碳化娃顆粒、10 U m氧化娃粉末、糠醒樹脂、對甲苯磺酸按質量百分比例為80 : 10 : 10 : I共混于乙醇中，乙醇含量占總量的20wt%，經機械攪拌后球磨I小時得漿料，而后80°C下干燥粉碎得原料復合粉末。將上述復合粉末裝在等靜壓包套中，裝填中采用機械震實，等靜壓包套設計管還尺寸為1500mm長，內徑40mm,外徑100mm,后裝入冷等靜壓機中，加壓壓力為120MPa，保壓5分鐘，后脫去包套得到預制支撐體。將5 iim碳化硅粉末、5 iim氧化硅粉、酚醛樹脂、聚乙烯醇、草酸按質量比例為70 15 15 10 I共混于甲醛中，甲醛含量占總量的SOwt %，經機械攪拌后球磨得膜層漿料。 利用氣體噴槍將漿料噴涂在旋轉的預制支撐體上，通過調節支撐體與噴槍之間相對位移速度控制膜層厚度，干燥后得到表面膜層。噴槍物料流速為50克/秒，相對位移速度為70mm/min，干燥。將涂覆表面膜層后的膜管預制體在真空下燒結，升溫速率每分鐘10°C，升溫至1000°C，保溫I小時；后升溫速率為每分鐘5°C，溫度為1800°C，保溫I. 5小時，得梯度孔隙純質碳化硅膜管。得到材料三點彎曲彎曲強度為50MPa，如圖2-圖4所示，過濾管支撐體與純質碳化硅過濾膜層形成的梯度孔隙結構膜層厚度分別為500i!m、支撐體平均孔徑尺寸為120 ym，孔隙率為50% ;表面膜層平均孔徑尺寸為1.5pm，孔隙率為40 %，材料耐溫1000°C。如圖4所示，從純質碳化硅膜管支撐體孔隙結構可以看出材料內部孔隙均勻連通，可以確保支撐體所需低過濾阻力，高滲透率的要求，同時晶粒結合緊密，確保了材料高強度性能。實施例結果表明，本發明提供了一種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法，該種純質碳化硅過濾膜層組成為純質碳化硅，不存在氧化物等結合相，具有高通孔隙率、低壓降、強度高、抗熱沖擊性能好、使用溫度高的特點，制備方法易于實現，能夠保證產品性能。本發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，可用于煤氣化化工及IGCC、PFBC煤氣化發電、高溫煙氣、汽車尾氣、水凈化等各種高、低溫流體過濾凈化。
權利要求
1.一種純質碳化硅過濾膜層，其特征在于純質碳化硅過濾膜層的組成為純質SiC，表面膜層由細顆粒碳化硅堆積結合而成，孔徑O. I 20 μ m，膜層孔隙率在25 50%之間。
2.按照權利要求I所述的純質碳化硅過濾膜層，其特征在于純質碳化硅過濾膜層中，純質SiC含量在99. 5wt%以上，材料內部晶粒結合完全由碳化硅顆粒自燒結結合。
3.按照權利要求I所述的純質碳化硅過濾膜層的制備方法，其特征在于采用細碳化硅顆粒、硅粉、造孔劑添加劑及有機樹脂配制膜層原料，采用噴涂或浸潰方法表面制備膜層，經干燥后，燒結得到純質碳化硅膜層。
4.按照權利要求3所述的純質碳化硅過濾膜層的制備方法，其特征在于，具體制備步驟如下 (1)膜層原料準備 將碳化硅粉末、硅粉或氧化硅粉末、高分子材料、造孔劑添加劑、固化劑按質量百分比例為(80wt % 60wt % ) : (20wt % IOwt % ) : (20wt % IOwt % ) : (20wt % IOwt% ) (lwt% 2wt% )共混于有機溶劑中，有機溶劑含量在50 80%之間，經機械攪拌后球磨得膜層漿料； (2)表面膜層制備 表面膜層采用浸潰或噴涂方法進行； 浸潰方法將步驟(I)得到的膜層漿料裝入攪拌容器中，將過濾管支撐體垂直插入漿料中，然后過濾管支撐體旋轉提拉升起，在支撐體表面形成表面梯度膜層； 噴涂方法利用氣體噴槍將將步驟(I)得到的膜層漿料噴涂在旋轉的預制支撐體上，通過調節支撐體與噴槍之間相對位移速度控制膜層厚度，干燥后得到表面膜層； (3)燒結 將涂覆表面膜層后的過濾管支撐體在真空、氬氣或其它惰性氣體的保護氣氛下，燒結，升溫速率每分鐘I 10°C，升溫至800 1200°C，保溫O. 5 I小時脫去造孔添加劑；后升溫速率為每分鐘5 15°C，溫度為1500 2400°C，保溫O. 5 5小時，得具有高滲透率梯度孔隙純質碳化硅過濾膜層。
5.按照權利要求4所述的純質碳化硅過濾膜層的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，碳化硅粒度在O. 5 40 μ m之間，硅粉或者氧化硅粒度在O. 5 20 μ m之間；高分子材料選自環氧樹脂、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；有機溶劑為乙醇或甲醛，造孔添加劑為纖維素或聚乙烯醇。
6.按照權利要求4所述的純質碳化硅過濾膜層的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，浸潰方法過濾管支撐體以10-50mm/s速度提拉而出，旋轉速度為5-30rpm/min,使得支撐體表面涂覆一層漿料，而后干燥，再浸潰，通過浸潰次數控制表面膜層厚度。
7.按照權利要求4所述的純質碳化硅過濾膜層的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，噴涂方法利用氣體噴槍將漿料噴涂在旋轉的預制支撐體上，旋轉速度為5-30rpm/min，通過調節支撐體與噴槍之間相對位移速度5-50mm/min控制膜層厚度，干燥后得到表面膜層。
8.按照權利要求4所述的純質碳化硅過濾膜層的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，通過浸潰或噴涂工藝的控制，純質碳化娃膜層厚度可控制在50 1000 μ m之間。
全文摘要
本發明屬于多孔陶瓷材料及其制備技術領域，具體為一種純質碳化硅過濾膜層及其制備方法，該種純質碳化硅過濾膜層具有高通孔隙率、低壓降、強度高、抗熱沖擊性能好、使用溫度高的特點，制備方法易于實現，能夠保證產品性能。純質碳化硅過濾膜層的組成為純質SiC，表面膜層由細顆粒碳化硅堆積結合而成，孔徑0.1～20μm，膜層孔隙率在25～50％之間。采用細碳化硅顆粒、硅粉、造孔劑添加劑及有機樹脂配制膜層原料，采用噴涂或浸漬方法表面制備膜層，經干燥后，燒結得到純質碳化硅膜層。本發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，可用于煤氣化化工及IGCC、PFBC煤氣化發電、高溫煙氣、汽車尾氣、水凈化等各種高、低溫流體過濾凈化。
文檔編號C04B38/06GK102659447SQ20121009372
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者張勁松, 曹小明, 楊振明, 田沖 申請人:中國科學院金屬研究所