支撑体三点弯曲强度为80MPa，过滤管支撑体与过滤膜层形成的梯度 孔隙结构，支撑体平均孔径尺寸为15 y m，孔隙率为41 % ;膜管表面膜层平均孔径尺寸为 0. 15 y m，孔隙率为40 %，压差损失在气体5m/s流速下为15 %，对于0. 05 y m粉尘过滤效率 为 99. 5%。
[0090] 得到膜管②支撑体三点弯曲强度为55MPa，过滤管支撑体与过滤膜层形成的梯度 孔隙结构：支撑体平均孔径尺寸为20 ym，孔隙率为46% ;膜管表面膜层平均孔径尺寸为 0. 15 y m，孔隙率为40 %，压差损失在气体5m/s流速下为9 %，对于0. 05 y m粉尘过滤效率 为 99.0%。
[0091] 得到膜管③支撑体三点弯曲强度为47MPa，过滤管支撑体与过滤膜层形成的梯 度孔隙结构，支撑体平均孔径尺寸为25 ym，孔隙率为49% ;膜管表面膜层膜层厚度为 100 y m，平均孔径尺寸为0. 15 y m，孔隙率为40 %，压差损失在气体5m/s流速下为7 %，对于 0. 05 y m粉尘过滤效率为99. 1 %。
[0092] 如图2所示，从双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管双梯度结构可以看出，膜管 内部为大孔隙率支撑体层，外部为精细孔隙膜层，可保证材料低压降，高过滤精度。
[0093] 如图3所示，从双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管支撑体层照片可以看出，材 料内部为反应生成塞隆结合碳化硅，晶粒结合牢固，确保支撑体强度性能好，同时内部孔隙 率高，孔隙直径大，保障了低压降的要求。
[0094] 如图4所示，从双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管膜层照片可以看出，膜层孔 隙表面光滑，孔隙尺寸及分布十分均匀，确保过滤精度及过滤效率，并利于膜管再生。
[0095] 实施例结果表明，本发明双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管具有梯度孔隙结 构，组成为塞隆结合碳化硅，不存在粘土等低温氧化物等结合相，具有高通孔隙率、低压降、 强度高、抗热冲击性能好、使用温度高的特点，可在氧化气氛下使用，也可以在还原气氛下 使用，耐酸、碱腐蚀性能强，可用于煤气化化工及IGCC、PFBC煤气化发电、高温烟气、汽车尾 气、水净化等各种高、低温流体过滤净化；所述制备方法依次包括配料、支撑体成型、膜层制 备和烧成，其工艺简单，成本低，易于实现，能够保证产品性能。
【主权项】
1. 一种双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管，其特征在于：双梯度孔隙结构塞隆结合 碳化硅膜管的组成为塞隆及碳化硅，具有由支撑体层及表面膜层构成双梯度过滤结构；其 中，支撑体由塞隆结合粗颗粒碳化硅晶粒组成，平均孔径10~50 μ m ;表面膜层由塞隆结合 细颗粒碳化硅晶粒成，平均孔径0. 1~5 μπι ;膜管整体气孔率在40~50%之间。2. 按照权利要求1所述的双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管，其特征在于：双梯度 孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管的长度为100~1500mm，抗折强度35~70MPa。3. -种权利要求1所述的双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管的制备方法，其特征在 于：以粗颗粒碳化硅、氮化硅粉、氧化铝微粉、氮化铝微粉、氧化钇或者氧化镧微粉、造孔剂 及粘结剂为基本材料，混合配料，利用冷等静压包套压制支撑体；后采用碳化硅微粉、氮化 硅粉、氮化铝微粉、氧化铝微粉、氧化钇或者氧化镧微粉、造孔剂及粘结剂配制膜层原料，采 用喷涂方法表面制备膜层，经干燥烧结得到成品膜管。4. 按照权利要求3所述的双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管的制备方法，其特征在 于，具体制备步骤如下： (1) 支撑体成型原料准备 将原料粗颗粒碳化硅、氮化硅粉、氧化铝微粉、氮化铝微粉、氧化钇或者氧化镧微粉按 质量比例为（77~60) : (10~15) : (5~10) : (5~10) : (3~5)共混后；添加上述混合粉 末质量15~20%的造孔剂，再添加上述混合物总质量4~6%的粘结剂，粘结剂选用聚乙 烯醇；选用水为粘结剂的溶剂，添加水含量为原料总质量的20~30%之间，经机械搅拌后 球磨得浆料，而后干燥粉碎得原料复合粉末； (2) 支撑体成型 将上述复合粉末装在等静压包套中，装填中采用机械震实，等静压包套设计尺寸、结构 按设计制备，然后装入冷等静压机中，加压压力为100~150MPa，保压时间在2~5分钟之 间，后脱去包套后烘干得到预制支撑体； (3) 膜层原料准备 将原料碳化硅微粉、氮化硅粉、氧化铝微粉、氮化铝微粉、氧化钇或者氧化镧微粉按质 量比例为（77~60) : (10~15) : (5~10) : (5~10) : (3~5)共混后，添加上述混合物总 质量4~6 %的粘结剂，粘结剂选用聚乙烯醇，选用水为粘结剂的溶剂，添加水含量为原料 总质量的40~60%之间，经机械搅拌后球磨得膜层制备用浆料； (4) 表面膜层制备 采用喷涂方法进行，利用气体喷枪将步骤（3)得到的膜层浆料喷涂在旋转的预制支撑 体上，通过调节支撑体与喷枪之间相对位移速度控制膜层厚度，干燥后得到表面膜层； (5) 烧结 将涂覆表面膜层后的膜管预制体在真空及氮气气氛下烧结，起始气氛为真空状态，升 温速率1~5°C /min，升温至800~KKKTC，保温0. 5~1小时脱去造孔剂；后将烧结炉内 充入高纯氮气至常压，升温速率为5~15°C /min，温度为1650~1850°C，保温5~7小时， 得双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管。5. 按照权利要求4所述的双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管的制备方法，其特征在 于，步骤（1)中，粗颗粒碳化娃粒度在30~150 μ m之间，氮化娃粒度在5~10 μ m之间；氧 化铝微粉粒度为3~5 μ m之间；氮化铝微粉粒度为1~3 μ m之间；氧化钇或氧化镧微粉粒 度为0. 5~1 μ m之间；造孔剂选择PVC粉末，粒度为10~30 μ m。6. 按照权利要求4所述的双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管的制备方法，其特征在 于，步骤（3)中，碳化娃微粉粒度在0. 2~10 μ m之间，氮化娃粒度在1~3 μ m之间；氧化 铝微粉粒度为1~3 μ m之间；氮化铝微粉粒度为1~2 μ m之间；氧化钇或氧化镧微粉粒度 为0.2~0.5 μπι之间。7. 按照权利要求4所述的双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管的制备方法，其特征在 于，步骤（4)中，表面膜层厚度在200~500 μ m之间。
【专利摘要】本发明属于多孔陶瓷材料领域，具体为一种双梯度孔隙结构塞隆结合碳化硅膜管及其制备方法。膜管材料组成为塞隆及碳化硅，膜管具有由支撑体层及表面膜层构成双梯度过滤结构；其中，支撑体由反应生成塞隆结合粗碳化硅晶粒组成，平均孔径10～50μm，表面膜层由反应生成塞隆结合细颗粒碳化硅晶粒组成，平均孔径0.1～5μm，膜管整体气孔率在40～50％之间。膜管制备方法依次包括配料、支撑体成型、膜层制备和烧成，成型采用等静压成型，成型压力控制为100～150MPa，烧成温度控制为1650～1850℃，保温时间3～5小时，易于实现，能够保证产品性能。本发明使用温度高、耐酸、碱腐蚀性能强，可用于高温高压气体过滤除尘、水净化等各种高、低温流体过滤净化。
【IPC分类】C04B35/565, B01D69/04, B01D71/02, C04B38/06, C04B35/599, C04B35/622
【公开号】CN105727756
【申请号】CN201410748113
【发明人】张劲松, 田冲, 杨振明, 曹小明, 刘强
【申请人】中国科学院金属研究所
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2014年12月9日