專利名稱：一種含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷及其制備方法，屬于節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，又稱蜂窩陶瓷蓄熱體。20世紀(jì)90年代初，日本エ業(yè)爐公司和日本NKK公司開發(fā)出集極限余熱回收與低NOx燃燒于一體的蓄熱式燃燒器，該蓄熱體采用蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，并實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)燃燒機(jī)理完全不同的高溫低氧燃燒技木。由于該技術(shù)將節(jié)能與環(huán)保結(jié)合起來，因此這種蓄熱式燃燒器的燃燒技術(shù)被稱為第二代蓄熱式燃燒技木，也稱高溫空氣燃燒技木。日本一些大鋼鐵公司將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于大型軋鋼加熱爐上，比傳統(tǒng)加熱爐節(jié)能約30%，產(chǎn)量提高20%以上，NOx排放量遠(yuǎn)低于環(huán)保局規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，在節(jié)能 和環(huán)保方面取得了良好的效果。作為新一代蓄熱體的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，與傳統(tǒng)的蓄熱體相比，其蓄熱室發(fā)生了巨大變化ー從原來的格子磚發(fā)展成為陶瓷小球，又發(fā)展為蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，使蓄熱室的比表面積急劇増大、體積明顯減小、換向時(shí)間大大縮短、換熱性能得到極大提高，污染物排放量也遠(yuǎn)低于環(huán)保局規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。與蜂窩狀發(fā)熱陶瓷蓄熱體相結(jié)合的高溫低氧燃燒技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)蓄熱體的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于蜂窩狀發(fā)熱陶瓷材料具有過濾面積大、過濾效率高的特點(diǎn)，被廣泛用于水凈化處理、油類產(chǎn)品、有機(jī)溶液、酸堿溶液及焦?fàn)t煤氣、甲烷和こ炔等氣體的過濾和分離。另外，由于其機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和易于再生等優(yōu)點(diǎn)，在高溫流體、熔融金屬、腐蝕性流體以及過濾流體中的放射性物質(zhì)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；此外，蜂窩狀發(fā)熱陶瓷具有良好的吸附性能和活性，在其表面制備催化劑涂層，當(dāng)反應(yīng)流體通過蜂窩狀發(fā)熱陶瓷孔道時(shí)，將使反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)換效率大幅提高。例如，在蜂窩狀發(fā)熱陶瓷表面制備金屬、稀有金屬或復(fù)合材料催化劑后，可用于過濾汽車尾氣，使尾氣中的CmHruCO化合物轉(zhuǎn)化為CO2和水，并能使捕獲的粒子在較低的溫度下燃燒，減少有害氣體排放，使催化劑涂層可以重復(fù)使用。另外由于蜂窩狀發(fā)熱陶瓷具有擴(kuò)散功能而被用作吸音材料，即利用陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)聲波引起的空氣壓カ進(jìn)行分散，從而達(dá)到吸音目的。吸音材料要求蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的孔徑在20 150 μ m范圍、較高的機(jī)械強(qiáng)度和60%以上的氣孔率。常常用于居民區(qū)周圍的道路、橋梁、變壓器等的隔音。除此之外，蜂窩狀發(fā)熱陶瓷已開始在電視發(fā)射中心、高層建筑、隧道、地鐵等防火要求極高的場(chǎng)所及多功能電影院等有較高隔音要求的場(chǎng)場(chǎng)所得到應(yīng)用。目前，蜂窩狀發(fā)熱陶瓷多采用硅鋁系耐火材料，它具有質(zhì)量輕、體積小、耐火度高、比表面積大、傳熱能力強(qiáng)、筆直氣流通道使得氣流阻力損失很小等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)蓄熱球相比，蜂窩狀發(fā)熱陶瓷更易于實(shí)現(xiàn)低氧燃燒、爐溫均勻、傳熱迅速，大大降低氧化損耗和NOx,體的殘余量，顯著提高了電熱轉(zhuǎn)換效率，起到良好的環(huán)保節(jié)能效果。由于蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的蓄熱室具有較大的比表面積，可布置數(shù)量較多的燒嘴，滿足熱負(fù)荷需要。其直氣流通道與傳統(tǒng)蓄熱球的迷宮式通道相比，氣流通道不易發(fā)生堵塞，自潔能力較好。但是目前所制作的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷仍然存在室溫電阻率較大、致密度和硬度較小的缺點(diǎn)，需要進(jìn)ー步進(jìn)行改迸。本申請(qǐng)人對(duì)中國(guó)專利公報(bào)進(jìn)行了檢索，尚未發(fā)現(xiàn)蜂窩狀發(fā)熱陶瓷方面的專利申請(qǐng)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供ー種含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷及其制備方法，它可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，特別是蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的室溫電阻率較大、致密度和硬度較小的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案ー種含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，按照摩爾百分比計(jì)算，它由混合陶瓷粉摻雜O. 02% O. 1%的Y2O3制備而成；所述的混合陶瓷粉，按照摩爾百分比計(jì)算，由96%的MgAl204、1% 3%的SiO2和3% 1%的 TiO2組成。具體的，按照摩爾百分比計(jì)算，它由混合陶瓷粉摻雜O. 06%的Y2O3制備而成；所述的混合陶瓷粉，按照摩爾百分比計(jì)算，由96%的MgAl204、2%的SiO2和2%的TiO2組成。所述的MgAl2O4由摩爾比為I: I的Al2O3和MgO反應(yīng)生成。具體的，所述的Al2O3為a-Al203。前述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的一種制備方法，將由MgAl204、SiO2和TiO2組成的混合陶瓷粉進(jìn)行研磨，在此基礎(chǔ)上摻雜Y2O3，添加分散劑后球磨8 24h，得發(fā)熱陶瓷粉末材料；將該發(fā)熱陶瓷粉末材料進(jìn)行干燥、練泥、陳腐，并利用擠出機(jī)擠出成型，得坯體；對(duì)坯體進(jìn)行干燥及燒結(jié)處理，所述的燒結(jié)處理具體包括將排出水分后的干燥坯體在室溫條件下以5°C /min的速度升溫至150°C后保溫30min,再以5°C /min的速度升溫至850°C保溫120min，再以10°C /min的速度升溫至1300 1600°C保溫I 5h后，將坯體冷卻到50°C以下，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品；在蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品上制備電極，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷。具體的，按照摩爾百分比計(jì)算，將由96%的MgAl204、2%的SiO2和2%的TiO2組成的混合陶瓷粉進(jìn)行研磨，在此基礎(chǔ)上，按照摩爾百分比計(jì)算，摻雜O. 06%的Y2O3,添加分散劑后球磨20h，得發(fā)熱陶瓷粉末材料；將該發(fā)熱陶瓷粉末材料進(jìn)行干燥、練泥、陳腐，并利用擠出機(jī)擠出成型，得坯體；對(duì)坯體進(jìn)行干燥及燒結(jié)處理，所述的燒結(jié)處理具體包括將排出水分后的干燥還體在室溫條件下以5°C /min的速度升溫至150°C后保溫30min,再以5°C /min的速度升溫至850°C保溫120min，再以10°C /min的速度升溫至1600°C保溫2h后，將坯體冷卻到50°C以下，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品；在蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品上制備電極，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷。前述方法中，所述的MgAl2O4,由摩爾比為1:1的Al2O3和MgO混合、球磨后，放入電阻爐中升溫至1200°C并保溫120min燒結(jié)即得。前述方法中，在Al2O3與MgO混合之前，對(duì)Al2O3進(jìn)行煅燒，從而使Y-Al2O3全部轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)緊密、活性低，且在各個(gè)溫度區(qū)域均具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的a-Al203，減少后期坯體體積收縮，同時(shí)在煅燒過程中可以排除雜質(zhì)Na2O,達(dá)到提高原料純度的目的。為了驗(yàn)證上述方法對(duì)蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的作用結(jié)果，申請(qǐng)人進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究，具體如下I、球磨時(shí)間對(duì)粉體粒徑分布的影響
按照上述方法中的配方數(shù)據(jù)稱量粉末，將其充分混合，加入少量無水こ醇作為分散劑，混合均勻后放入氧化鋁球磨罐中，瑪瑙球與粉體比例為1:10，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為720轉(zhuǎn)/min，對(duì)粉體進(jìn)行8 24h球磨。隨著球磨時(shí)間的增加,粉料粒徑的減小趨于緩慢，球磨效率會(huì)降低，而且長(zhǎng)時(shí)間球磨將消耗更多電能。因此，應(yīng)當(dāng)在滿足粉體粒徑要求的前提下盡量縮短球磨時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)采用幾-1155型激光粒度分布測(cè)試儀測(cè)量不同球磨時(shí)間后的粉體粒徑，不同球磨時(shí)間對(duì)應(yīng)的粉體平均粒徑及其分布如表I所示。圖I為不同球磨時(shí)間與粉體平均粒徑的關(guān)系。表I
權(quán)利要求
1.一種含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，其特征在于按照摩爾百分比計(jì)算，它由混合陶瓷粉摻雜O. 02% O. 1%的Y2O3制備而成；所述的混合陶瓷粉，按照摩爾百分比計(jì)算，由 96% 的 MgAl2O4' 1% 3% 的 SiO2 和 3% 1% 的 TiO2 組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，其特征在于按照摩爾百分比計(jì)算，它由混合陶瓷粉摻雜O. 06%的Y2O3制備而成；所述的混合陶瓷粉，按照摩爾百分比計(jì)算，由96%的MgAl2O4,2%的SiO2和2%的TiO2組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，其特征在于，所述的MgAl2O4由摩爾比為I: I的Al2O3和MgO反應(yīng)生成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，其特征在于，所述的Al2O3 為 a_Al203。
5.權(quán)利要求I 4任一所述含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的一種制備方法，其特征在于將由MgAl204、SiO2和TiO2組成的混合陶瓷粉進(jìn)行研磨，摻雜Y2O3，添加分散劑后球磨8 24h，得發(fā)熱陶瓷粉末材料；將該發(fā)熱陶瓷粉末材料進(jìn)行干燥、練泥、陳腐，并利用擠出機(jī)擠出成型，得坯體；對(duì)坯體進(jìn)行干燥及燒結(jié)處理，所述的燒結(jié)處理具體包括將排出水分后的干燥坯體在室溫條件下以5°C /min的速度升溫至150°C后保溫30min，再以5°C /min的速度升溫至850°C保溫120min，再以10°C /min的速度升溫至1300 1600°C保溫I 5h后，將坯體冷卻到50°C以下，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品；在蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品上制備電極，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的制備方法，其特征在于按照摩爾百分比計(jì)算，將由96%的MgAl204、2%的SiO2和2%的TiO2組成的混合陶瓷粉進(jìn)行研磨，在此基礎(chǔ)上，按照摩爾百分比計(jì)算，摻雜O. 06%的Y2O3,添加分散劑后球磨20h，得發(fā)熱陶瓷粉末材料；將該發(fā)熱陶瓷粉末材料進(jìn)行干燥、練泥、陳腐，并利用擠出機(jī)擠出成型，得坯體；對(duì)坯體進(jìn)行干燥及燒結(jié)處理，所述的燒結(jié)處理具體包括將排出水分后的干燥坯體在室溫條件下以5°C /min的速度升溫至150°C后保溫30min,再以5°C /min的速度升溫至850°C保溫120min，再以10°C /min的速度升溫至1600°C保溫2h后，將坯體冷卻到50°C以下，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品；在蜂窩狀發(fā)熱陶瓷樣品上制備電極，得蜂窩狀發(fā)熱陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的制備方法，其特征在于所述的MgAl2O4，由摩爾比為1:1的Al2O3和MgO混合、球磨后，放入電阻爐中升溫至1200°C并保溫120min燒結(jié)即得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的制備方法，其特征在于在Al2O3與MgO混合之前，對(duì)Al2O3進(jìn)行煅燒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有稀土氧化物的蜂窩狀發(fā)熱陶瓷及其制備方法，所述蜂窩狀發(fā)熱陶瓷，按照摩爾百分比計(jì)算，它由混合陶瓷粉摻雜0.02%～0.1%的Y2O3制備而成；所述的混合陶瓷粉，按照摩爾百分比計(jì)算，由96%的MgAl2O4、1%～3%的SiO2和3%～1%的TiO2組成。本發(fā)明通過在混合陶瓷粉中添加稀土氧化物Y2O3，可以有效降低蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的室溫電阻率，提高蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的致密度和硬度，按照摩爾百分比計(jì)算，當(dāng)在混合陶瓷粉中添加0.06%的Y2O3時(shí)，蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的致密度、硬度最大，分別為93.01%和349.5HV，同時(shí)蜂窩狀發(fā)熱陶瓷的室溫電阻率達(dá)到最小5.5×101Ω.m。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102701726SQ20121020344
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者劉其斌, 王學(xué)杰, 袁敏生 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)