一种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法。该方法利用凝胶注模技术利于成型复杂材料的优点，将其应用到通孔型供气元件的制备。该方法为：先配制好所需高固相含量的氧化铝凝胶浆料，使用玻璃点样毛细管预制气孔通道，从而准备好所需的直孔型模具，然后在浆料加入催化剂和引发剂之后，将其注入模具中成型，接着进行干燥，脱脂，烧结。本发明制备工艺简单，操作方便，成本低廉，在素坯阶段由于具有较高强度，就可以进行机加工，制备的供气元件通气流畅，在冶金领域有着较大的应用前景。
【专利说明】
一种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法
技术领域
[0001]本发明属于陶瓷材料制备以及冶金领域，具体涉及一种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法。
【背景技术】
[0002]供气元件是冶金工业钢包吹炼重要的组成部分。最早期使用的是单管式喷嘴型供气元件，适用于非氧化气体Ar，N2等，但使用时，气体流量调节范围小，不能满足工艺要求。后来，西欧出现了透气砖型供气元件，砖内由无数呈蜂窝状分布的微孔组成，但是具有气孔率高，砖的致密性差，寿命低，气流通过的阻力大等缺点。直孔型透气砖内分布很多贯通的直孔道，气流由直孔道进入炉内，阻力小，避免了钢板包壳砖容易漏气和气流分布不均匀的缺点，另外，这种砖致密度比弥散型好。
[0003]凝胶注模成型技术是美国橡树岭国家重点实验室提出的一种近净尺寸成型技术，能够制备复杂的形状，它是将传统的陶瓷成型工艺和聚合物化学结合起来的原位成型技术。凝胶注模技术的基本原理是向陶瓷悬浮体中加入有机单体、交联剂，利用催化剂和引发剂的作用使单体聚合与交联，构成三维网络，使陶瓷悬浮体原位凝固，从而形成陶瓷坯体。相对于其它液态成型方法，凝胶注模技术具有以下优点:具有可成形各种复杂形状和尺寸的零件;成形坯体组分均匀、密度均匀、缺陷少;凝固定型时间较短且可控;对模具无特殊要求;坯体强度较高，并可对其进行机加工;烧结体可保持成形时的形状和尺寸比例等。对于制备这种直孔型供气原件，优先需要解决的是预制气孔通道的材料的选择。玻璃点样毛细管是一种由玻璃材料制备的细管，具有较高的机械强度，不易折断，用它来预制气孔通道，在凝胶注模原位成型过程中，能够很好的抵抗住浆料的压力不被破环，从而保持预先设计的直通型气孔通道，在成型样品烧结过程中，此玻璃材料会发生熔化而脱除，从而留下直通的气孔通道，不会对供气元件产生破坏，完全能够满足制备需要。另外，玻璃毛细管具有不同的尺寸规格，能够满足不同尺寸气孔通道的制备要求，而且其制备成本低廉。
[0004]本发明提出一种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法，该制备方法简单，在素坯阶段就可以进行机加工，制备的供气元件供气比较均匀、稳定和使用寿命长。
【发明内容】
[0005]发明的目的在于开发一种新的制备直孔型供气元件的方法，实现其制备过程的简单化和可行性。
[0006]—种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法，其特征包括以下步骤:
A.浆料的制备:首先将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺、去离子水按照质量比为1:0.05?0.1: 10?20的比例配置成预混液，加入0.lwt%分散剂(占氧化铝的质量百分比)，再按照55?65vol%的体积分数往预混液中添加氧化铝粉末，球磨24小时之后形成浆料。
[0007]B.模具的准备:模具材料使用PVC塑料管，首先将塑料圆管分割成两部分，两部分之间用石錯粘结住，在低板上用石錯饶注成5?I Omm的厚度，在石錯上固定直径为0.5?2mm的玻璃点样毛细管，将PVC塑料管放置在布置好毛细管的石蜡上，塑料管与底座接触处也用石蜡密封。
[0008]C.成型:在配制好的浆料中先加入适量催化剂，接着加入引发剂，搅拌均匀后，注入模具当中，在10分钟左右就会发生反应固化，从而得到素坯。
[0009]D.干燥和脱模:在室温干燥大约12小时之后，待素坯有一定的强度，脱除外部的PVC塑料管，接着在40°C的恒温下干燥12个小时，再升高温度到120°C下干燥12小时，脱除里面的水分。
[0010]E.烧结:首先升温到600°C保温2小时，脱除里面的有机物高分子，接着升温到1400°01600°C保温2小时，随炉冷却，即可获得直通型供气元件。
[0011]本发明采用凝胶注模技术结合预制气孔通道的方法制备直孔型供气元件，使其制造工艺简单化，成本降低，在素坯阶段具有较强的强度，就可以进行机加工，而且可以根据对气流分布的不同要求，来制备不同类型的直通型供气元件。烧结后的孔道通气流畅，阻力非常小。同时这种制造工艺简单，操作方便，成本低廉，具有十分广阔的应用前景。
【附图说明】
[0012]图1为凝胶注模技术的工艺流程图。
[0013]图2为布置好毛细管的PVC塑料模具示意图(主视图)。
[0014]图3为布置好毛细管的PVC塑料模具示意图(俯视图)。
[0015]图4为按照实施例一制备的通气元件实物图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例对本发明进行详细说明:
实施例1
将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺、去离子水按照质量比20:1:200的比例进行混合，利用磁力搅拌器进行搅拌，使有机单体和交联剂完全溶解，接着添加0.1被％的分散剂柠檬酸按(占氧化铝的质量百分比)。继续搅拌5分钟左右，即制得所需要的预混液。按照固相体积分数60vol%的比例计算、称量所需的氧化铝粉末;首先将预混液缓慢的注入球磨罐中，再将氧化铝粉末在不断搅拌的情况下加入预混液中；再按照球、料质量比为2:1的比例称量研磨球，将其缓慢加入球磨罐中，在滚筒式球磨机上进行球磨24小时，获得所需的浆料；首先将100°C下熔融的石蜡在低板上浇注出5mm的厚度，将直径为0.6mm、长度为200mm的毛细管均勾的插制在还没完全固化的石錯板上，将直径为100mm、长度为200mm的PVC塑料管分为两部分，再用石蜡将两部分粘合在一起，将其放置在插有毛细管的石蜡板上，底部用石蜡完全密封住;将制备的氧化铝浆料，在不断搅拌的条件下先加入0.8vol%的催化剂(占水体积的0.8%)，再加入lvol%的引发剂(占水体积的1.0%)，搅拌均匀后，将浆料缓慢的倒入模具中，经过10分钟左右，浆料发生固化，形成素坯;将制得的素坯在室温下干燥12小时，待素坯有一定强度，脱除外部的塑料管，将素坯放置在40 °C下恒温干燥箱中干燥12小时，接着升温到120°C下干燥12小时，将干燥后的素坯放置在耐火砖上，倾斜45度，按照2°C/min的升温速率加热到600°C保温2小时，脱除里面的有机物，接着按照2°C/min的升温速率再升温到1600°C，保温2小时，随炉冷却。毛细管在高温阶段熔化后会流出通道，即制得具有直通型气孔通道的陶瓷元件。
[0017] 实施例2
将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺、去离子水按照质量比20:1:200的比例进行混合，利用磁力搅拌器进行搅拌，使有机单体和交联剂完全溶解，接着添加0.1被％的分散剂柠檬酸按(占氧化铝的质量百分比)。继续搅拌5分钟左右，即制得所需要的预混液。按照固相体积分数55vol%的比例计算、称量所需的氧化铝粉末;首先将预混液缓慢的注入球磨罐中，再将氧化铝粉末在不断搅拌的情况下加入预混液中；再按照球、料质量比为2:1的比例称量研磨球，将其缓慢加入球磨罐中，在滚筒式球磨机上进行球磨24小时，获得所需的浆料；首先将100°C下熔融的石蜡在低板上浇注出5mm的厚度，将直径为0.6mm、长度为200mm的毛细管均勾的插制在还没完全固化的石錯板上，将直径为100mm、长度为200mm的PVC塑料管分为两部分，再用石蜡将两部分粘合在一起，将其放置在插有毛细管的石蜡板上，底部用石蜡完全密封住;将制备的氧化铝浆料，在不断搅拌的条件下先加入0.8vol%的催化剂(占水体积的0.8%)，再加入lvol%的引发剂(占水体积的1.0%)，搅拌均匀后，将浆料缓慢的倒入模具中，经过10分钟左右，浆料发生固化，形成素坯;将制得的素坯在室温下干燥12小时，待素坯有一定强度，脱除外部的塑料管，将素坯放置在40 °C下恒温干燥箱中干燥12小时，接着升温到120°C下干燥12小时，将干燥后的素坯放置在耐火砖上，倾斜45度，按照2°C/min的升温速率加热到600°C保温2小时，脱除里面的有机物，接着按照2°C/min的升温速率再升温到1550°C，保温2小时，随炉冷却。毛细管在高温阶段熔化后会流出通道，即制得具有直通型气孔通道的陶瓷元件。
【主权项】
1.一种凝胶注模成型技术制备氧化铝直孔型供气元件的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: A.浆料的制备:首先将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺、去离子水按照质量比为I: 0.05-0.1: 10?20的比例配置成预混液，加入占氧化铝的质量百分比为0.05?.0.5wt%分散剂，再按照55?65vol%的体积分数往预混液中添加氧化铝粉末，球磨24小时之后形成楽料； B.模具的准备:模具材料使用PVC塑料管，首先将塑料圆管分割成两部分，两部分之间用石錯粘结住，在低板上用石錯饶注成5?1mm的厚度，在石錯上固定直径为0.5?2mm的玻璃点样毛细管，将PVC塑料管放置在布置好毛细管的石蜡上，塑料管与底座接触处也用石蜡密封； C.成型:在配制好的浆料中先加入适量催化剂，接着加入引发剂，搅拌均匀后，注入模具当中，在10分钟就会发生反应固化，从而得到素坯； D.干燥和脱模:在室温干燥大12小时之后，待素坯有一定的强度，脱除外部的PVC塑料管，接着在40°C的恒温下干燥12个小时，再升高温度到120°C下干燥12小时，脱除里面的水分； E.烧结:首先升温到600°C保温2小时，脱除里面的有机物高分子，接着升温到1400°0.1600°C保温2小时，随炉冷却，即可获得直通型供气元件。
【文档编号】B28B1/26GK105884339SQ201610230527
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】余建波, 谢信亮, 杨治刚, 郭西良, 邓康, 任忠鸣
【申请人】上海大学