一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法，SiC75～85wt%，Al2O35～15wt%，SiO22～7wt%，MgO0～5wt%，石墨5～10wt%進行配料；將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入Al2O3、SiO2和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；將混合物雙向加壓，成型為坯體；將壓制好的坯體干燥后，然后在1350～1550℃的空氣氣氛下進行燒結。適當的提高燒結溫度，可以降低結合劑的加入量，雙向加壓使氣孔分布均勻；氧化物幾乎轉化為有益于提高材料性能的化合物，使得所制得的多孔陶瓷抗高溫蠕變性能好。
【專利說明】一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法
[0001]

【技術領域】
[0002]本發明涉及的是一種過濾用多孔陶瓷的制作方法，尤其涉及的是一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法。

【背景技術】
[0003]在清潔燃煤【技術領域】，高溫粉塵氣體的處理問題是個難題，過濾除塵是理想的除塵方法，但過濾材料的選擇是個關鍵問題。我國的過濾材料主要是玻璃纖維，但是其使用溫度較低，一般低于400°C，在溫度較高的使用環境中，需摻冷空氣降溫后在過濾，降低了過濾效率。為了解決上述問題，人們又發明氧化物多孔陶瓷，但氧化物多孔陶瓷的耐堿性能較差，為此，人們又發明了非氧化物多孔陶瓷，其中以SiC多孔陶瓷使用范圍最廣，SiC多孔陶瓷由于耐熱性能好、耐酸堿腐蝕性能好、機械強度高、抗熱震性能好、高溫穩定性好，因此在過濾材料中應用廣泛。
[0004]制造SiC基陶瓷多孔體的方法，專利200880003415.7公開了一種用在機動車上的顆粒過濾器。以SiC精細粒子級分和更大尺寸的SiC粒子級分為原料，通過高溫焙燒和燒結制造SiC基多孔陶瓷。在如水的溶劑中并在粘結劑的存在下混合其中值直徑小于20微米的第一 SiC粒子粉末，使上述粒子附聚以形成其平均尺寸為5至500微米的細粒，同時混合中值直徑為第一粉末兩倍并大于5微米的細粒，并加工成型。通過熱處理清除溶劑，在1600°C至2400°C之間進行燒結，獲得多孔陶瓷。所獲得的多孔體機械強度高，并可控制開孔率和中值孔徑。但由于顆粒的尺寸較難控制，且燒結溫度較高，因而生產成本高。
[0005]一種重結晶SiC高溫氣體過濾元件的制備方法，專利200510003016公開了一種用于高溫腐蝕環境下的多孔陶瓷過濾元件的制備方法。采用特殊的粒度分布堆積結合有機造孔劑的方法成孔，通過噴霧造粒等靜壓成型，壓力20~200MPa，氬氣保護燒結，燒結溫度2000~2300°C，壓力0.1~0.3MPa，SiC原料純度98~99%，需經過提純處理，平均孔徑30~100 μ m,孔隙率20~40%，抗彎強度15~35MPa，發明優點是SiC含量高達98.5%，不含結合劑，機械強度和結構穩定性極好，減輕了材料在工作環境下性能的退化，且重結晶SiC燒結不發生收縮，可以獲得精確的制品尺寸并易于控制開孔的孔徑及孔徑分布范圍，但是由于成型溫度較高，因此，工藝控制復雜，制造成本高。
[0006]對于SiC細粉的控制是當今的一個難題，并且上述的幾種技術的成本高，不利于工業生產成本的控制。


【發明內容】

[0007]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法，所得多孔陶瓷孔隙率高、孔徑大小分布均勻、強度大、不變形、性能劣化程度低、使用壽命長、制造成本低。
[0008]本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟:
(1)配料
按重量計，以 SiC 75 ~85wt%，Al2O3 5 ~15wt%，S12 2 ~7wt%，MgO O ~5wt%，石墨5~10wt%進行配料；
(2)混料
將SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液按質量比8~13:1的比例混合均勻，然后加入步驟(1)中的A1203、S12和MgO并混合均勻,最后加入石墨到混合物料中混合均勻；
(3)模壓成型
將步驟(2)中得到的混合物雙向加壓，壓力為100~150MPa，成型時間為90~120s ；
(4)燒結
將壓制好的坯體干燥后，然后在1350~1550°C的空氣氣氛下進行燒結得到多孔陶瓷。
[0009]所述步驟(1)中，SiC的粒徑為50~250 μ m，Al2O3的粒徑為5~75 μ m，S12的粒徑為5~100 μ m, MgO的粒徑為5~75 μ m ;石墨粒徑為5~50 μ m，SiC的純度大于98%，Al2O3' S12和MgO的純度大于99%。
[0010]作為本發明的優選方式之一，所述Al2O3為α-Α1203。
[0011]所述步驟(3)中,對步驟(2)所得混合物,先球磨再雙向加壓，以SiC為球磨介質，球磨混料時的轉速為60~120轉/分鐘，球磨時間為8~12小時，料球比為1:1~4。
[0012]本發明的燒結機理為液相燒結，利用所加入的氧化物在高溫下易熔融的特性，在燒結過程中生成液相，對SiC多孔陶瓷實行燒結，羧甲基纖維素鈉溶液作為粘結劑，以助于成型，同時加入5~10wt%的石墨作為造孔劑。
[0013]本發明相比現有技術具有以下優點:本發明通過燒結過程中生成的化合物如鱗石英S12、莫來石3A1203.2Si02、堇青石Mg2Al4Si5O18等，可以提高材料的綜合性能，鱗石英的生成可以提高材料的抗化性能，莫來石機械強度高、抗熱震性能好和高溫蠕變性能好，堇青石具有良好的抗剝落性能；
適當的提高燒結溫度，可以降低結合劑的加入量，從而使強度不至于下降很多，雙向加壓使氣孔分布均勻；
引入的雜質含量較少，且氧化物幾乎轉化為有益于提高材料性能的化合物，使得所制得的多孔陶瓷抗高溫蠕變性能好；
本發明工藝簡單，易于操作，成本低，適合工業機械化生產。

【具體實施方式】
[0014]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0015]實施例1
取質量比為80:8:4:2:6的SiC, A1203> S12, MgO和石墨；SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液的質量比為8:1，將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入氧化物燒結助劑Al203、Si02和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；球磨10小時，雙向加壓，壓力為150MPa，成型時間為120s。燒結溫度為1500°C。
[0016]制得的多孔陶瓷經測定，氣孔率為38%，抗彎強度為28MPa，抗壓強度為86MPa，體積密度為2.3g/cm3，熱膨脹系數在3~之間，將制品放在在1000°C的高溫保溫30分鐘，然后迅速放入25°C的冷水中，如此循環，36次不開裂，將樣品放在lwt%的氫氧化鈉溶液中，60°C靜置72h，多孔陶瓷的失重為0.5%。
[0017]實施例2
取質量比為80:8:4:2:6的SiC, A1203> S12, MgO和石墨，SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液的質量比為8:1，，將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入氧化物燒結助劑A1203、S12和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；球磨10小時，雙向加壓，壓力為lOOMPa，成型時間為120s。燒結溫度為1450°C。
[0018]制得的多孔陶瓷經測定，氣孔率為45%，抗彎強度為22MPa，抗壓強度為76MPa，體積密度為2.lg/cm3,熱膨脹系數在，3~δΦΚΤk-1之間，將制品放在在1000°C的高溫保溫30分鐘，然后迅速放入25°C的冷水中，如此循環，35次不開裂，將樣品放在lwt%的氫氧化鈉溶液中，60°C靜置72h，多孔陶瓷的失重為0.8%。
[0019]實施例3
取質量比為80:8:4:2:6的SiC, A1203> S12, MgO和石墨，SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液的質量比為10:1，將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入氧化物燒結助劑A1203、S12和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；球磨10小時，雙向加壓，壓力為lOOMPa，成型時間為120s。燒結溫度為1400°C。
[0020]制得的多孔陶瓷經測定，氣孔率為51%，抗彎強度為18MPa，抗壓強度為68MPa，體積密度為1.9 g/cm3,熱膨脹系數在5~之間，將制品放在在1000°C的高溫保溫30分鐘，然后迅速放入25°C的冷水中，如此循環，30次不開裂，將樣品放在lwt%的氫氧化鈉溶液中，60°C靜置72h，多孔陶瓷的失重為1.5%。
[0021]實施例4
取質量比為80:8:4:2:6的SiC, A1203> S12, MgO和石墨，SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液的質量比為8:1，將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入氧化物燒結助劑Al203、Si02和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；球磨10小時，雙向加壓，壓力為120MPa，成型時間為100s。燒結溫度為1350°C。
[0022]制得的多孔陶瓷經測定，氣孔率為54%，抗彎強度為16MPa，抗壓強度為60MPa，體積密度為1.7 g/cm3,熱膨脹系數在3~之間，將制品放在在1000°C的高溫保溫30分鐘，然后迅速放入25°C的冷水中，如此循環，30次不開裂，將樣品放在lwt%的氫氧化鈉溶液中，60°C靜置72h，多孔陶瓷的失重為1.5%。
[0023]實施例5
取質量比為78:8:4:2:8的SiC, A1203> S12, MgO和石墨，SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液的質量比為13:1，將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入氧化物燒結助劑A1203、S12和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；球磨10小時，雙向加壓，壓力為130MPa，成型時間為100s。燒結溫度為1450°C。
[0024]制得的多孔陶瓷經測定，氣孔率為58%，抗彎強度為12MPa，抗壓強度為56MPa，體積密度為1.6g/cm3，熱膨脹系數在5~之間，將制品放在在1000°C的高溫保溫30分鐘，然后迅速放入25°C的冷水中，如此循環，25次不開裂，將樣品放在lwt%的氫氧化鈉溶液中，60°C靜置72h，多孔陶瓷的失重為2.8%。
[0025]實施例6
取質量比為75:13:4:2:6的SiC、Al203、Si02、Mg0和石墨，SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液的質量比為10:1，將SiC和羧甲基纖維素鈉溶液混合均勻，然后加入氧化物燒結助劑A1203、S12和MgO并混合均勻，最后加入石墨到混合物料中混合均勻；球磨10小時，雙向加壓，壓力為120MPa，成型時間為100s。燒結溫度為1450°C。
[0026] 制得的多孔陶瓷經測定，氣孔率為42%，抗彎強度為25MPa，抗壓強度為82MPa，體積密度為2.2g/cm3，熱膨脹系數在3~之間，將制品放在在1000°C的高溫保溫30分鐘，然后迅速放入25°C的冷水中，如此循環，38次不開裂，將樣品放在lwt%的氫氧化鈉溶液中，60°C靜置72h，多孔陶瓷的失重為0.4%。
【權利要求】
1.一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)配料 按重量計，以 SiC 75 ~85wt%，Al2O3 5 ~15wt%，S12 2 ~7wt%，MgO O ~5wt%，石墨5~10wt%進行配料； (2)混料 將SiC和質量分數2wt%的羧甲基纖維素鈉溶液按質量比8~13:1的比例混合均勻，然后加入步驟(1)中的A1203、S12和MgO并混合均勻,最后加入石墨到混合物料中混合均勻； (3)模壓成型 將步驟(2)中得到的混合物雙向加壓，壓力為100~150MPa，成型時間為90~120s ； (4)燒結 將壓制好的坯體干燥后，然后在1350~1550°C的空氣氣氛下進行燒結得到多孔陶瓷。
2.根據權利要求1所述的一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，SiC的粒徑為50~250 μ m, Al2O3的粒徑為5~75 μ m，S12的粒徑為5~100 μ m, MgO的粒徑為5~75 μ m ;石墨粒徑為5~50 μ m，SiC的純度大于98%，A1203、S12和MgO的純度大于99%。
3.根據權利要求1所述的一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法，其特征在于，所述Al2O3 為 α -Α1203。
4.根據權利要求1所述的一種氧化物結合SiC多孔陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，對步驟(2)所得混合物，先球磨再雙向加壓，以SiC為球磨介質，球磨混料時的轉速為60~120轉/分鐘，球磨時間為8~12小時，料球比為1:1~4。
【文檔編號】C04B35/622GK104072142SQ201410303555
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】許晶晶, 高琍玲, 馬成良, 蔣立新, 王衛東, 沈奪魁 申請人:江蘇新光環保工程有限公司