一种碳化硅质陶瓷膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高温除尘技术领域，尤其涉及一种碳化硅质陶瓷膜及其制备方法和应用。

背景技术：

高温除尘技术是国际性难题，高效实用的高温除尘设备在国内外还是空白，目前已经应用的有旋风除尘、高温电除尘、颗粒层过渡除尘、刚性陶瓷过滤除尘及其他纤维类过滤材料等。刚性陶瓷过滤以其高耐温、高除尘效率、高强度、耐腐蚀、易于清洗再生等特点被建材、垃圾焚烧等行业广泛应用。

碳化硅质陶瓷膜材料是刚性陶瓷过滤材料中的一种，现有碳化硅质陶瓷膜材料在制备过程中，由于支撑体和膜层的烧成温度不同，支撑体烧成温度在1370～1400℃，膜层烧成温度在1250～1270℃，通常是在预先烧成的支撑体上覆膜后再二次烧成，两次烧成不仅造成能源浪费，还容易因膜层与支撑体不匹配，造成膜层的开裂和脱落问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅质陶瓷膜及其制备方法和应用，采用膜层与支撑体一次烧成，代替原有支撑体和膜层两次烧成。

根据本发明的一个方面，提供一种碳化硅质陶瓷膜，包括支撑体以及与支撑体连接的膜层；

所述支撑体，按重量份数计，包括以下原料：碳化硅85～92份；造孔剂6～10份；烧成结合剂8～15份；成型助剂3～8份；

所述膜层，按重量份数计，包括以下原料：刚玉砂70～90份、烧成结合剂10～30份、造孔剂10～20份、水38～50份、分散剂0～0.3份、悬浮剂0～0.3份；

其中：烧成结合剂，按重量份数计，包括:章村土76-96份，白云石5-16份，玻纤粉3-16份。

进一步的，所述支撑体与膜层经一次烧成且带有若干通孔，所述通孔的孔径为30～33μm，当风速为1m/min时所述通孔两侧的压差为300～400pa。

进一步的，成型助剂为热固性酚醛树脂。

进一步的，所述造孔剂为活性炭或核桃壳粉。

根据本发明的另一个方面，提供一种碳化硅质陶瓷膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

支撑体制备：将碳化硅、造孔剂、烧成结合剂和成型助剂混合得混合物一，将所述混合物一添加到模具中，在40～15ompa的压力下等静压成型：成型后脱模得坯体；

烘干：将坯体在60～80℃下烘干8～12小时；

膜层制备：将刚玉砂、烧成结合剂、造孔剂、水、分散剂份、悬浮剂份混合得混合物二，

喷膜：将混合物二与喷涂于坯体表面；

热处理：热处理最高温度控制为1230～1280℃，最高温度的保温时间2-5小时。

进一步的，热处理包括：

第一阶段：按照0.5～1min/℃升温至180～220℃；

第二阶段：以2～3min/℃升温至500～700℃；

第三阶段：以1.5～3min/℃升温至最高温度，其中，最高温度的保温时间2-5小时。

根据本发明的另一个方面，提供一种上述任一所述的碳化硅质陶瓷膜在高温除尘中的应用。

对比与现有技术，本发明有益效果在于：

1、本申请通过改变支撑的配方体系降低支撑体烧成温度，将支撑体与膜层烧成温度控制在相同温度区间内，实现膜层与支撑体一次烧成，代替原有支撑体和膜层两次烧成。

2、从制备工艺上来说，一次烧成相对于现有的两次烧成工艺，工艺流程缩短，减少了一次烧成(热处理)，避免了支撑体多次转运的问题，节约能源。

3、相比传统工艺采用二次烧成，碳化硅易氧化，在原1370-1400℃烧成过程中支撑体表面因碳化硅氧化而出现熔融问题，造成表面起泡、坑洞及粘砂等现象，影响膜层质量，且熔融部位不透气，最终产品透气阻力较大，本发明采用膜层与支撑体一次烧成，在支撑体烧成前进行喷膜，解决了喷膜过程受支撑体表观质量的制约问题，能够避免支撑体膜层质量受支撑体烧成状态的影响，且整个工艺流程简单不繁琐，易于实现生产工艺的自动化及流水化。另一方面，在坯体表面覆膜后，可将坯体表面碳化硅与空气隔绝，避免了碳化硅烧成氧化问题。

附图说明

图1为实施例4得到的膜管与两次烧工艺的膜管强度对比。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种碳化硅质陶瓷膜，包括支撑体以及与支撑体连接的膜层；

所述支撑体，按重量份数计，包括以下原料：碳化硅85份；造孔剂6份；烧成结合剂8份；成型助剂3份；所述造孔剂为活性炭或核桃壳粉；所述的成型助剂为热固性酚醛树脂。

所述膜层，按重量份数计，包括以下原料：刚玉砂70份、烧成结合剂10份、造孔剂10份、水38份、分散剂0.1份、悬浮剂0.1份；

其中：烧成结合剂，按重量份数计，包括:章村土76份，白云石5份，玻纤粉3份。

所述支撑体与膜层经一次烧成且带有若干通孔，所述通孔的孔径为30～33μm，当风速为1m/min时所述通孔两侧的压差为300～400pa，本实施例的碳化硅质陶瓷膜可应用在高温除尘领域。

实施例2：

一种碳化硅质陶瓷膜，包括支撑体以及与支撑体连接的膜层；

所述支撑体，按重量份数计，包括以下原料：碳化硅92份；造孔剂10份；烧成结合剂15份；成型助剂8份；所述造孔剂为活性炭或核桃壳粉；所述的成型助剂为热固性酚醛树脂。

所述膜层，按重量份数计，包括以下原料：刚玉砂90份、烧成结合剂30份、造孔剂20份、水50份、分散剂0.3份、悬浮剂0.3份；

其中：烧成结合剂，按重量份数计，包括:章村土96份，白云石16份，玻纤粉16份。

选用碳化硅作为支撑体骨料、并添加烧成结合剂，使具有更好的高温稳定性能和较低的热膨胀系数，支撑体烧结温度在1230～1280℃之间，将支撑体与膜层烧成温度控制在相同温度区间内，实现支撑体与膜层的一次烧成。

所述支撑体与膜层经一次烧成且带有若干通孔，所述通孔的孔径为30～33μm，当风速为1m/min时所述通孔两侧的压差为300～400pa，本实施例的碳化硅质陶瓷膜可应用在高温除尘领域，使烟气经碳化硅质陶瓷膜过滤可有效除尘。

实施例3：

一种碳化硅质陶瓷膜，包括支撑体以及与支撑体连接的膜层；

所述支撑体，按重量份数计，包括以下原料：碳化硅90份；造孔剂8份；烧成结合剂12份；成型助剂5份；所述造孔剂为活性炭或核桃壳粉；所述的成型助剂为热固性酚醛树脂。

所述膜层，按重量份数计，包括以下原料：刚玉砂80份、烧成结合剂20份、造孔剂15份、水42份、分散剂0.2份、悬浮剂0.2份；

其中：烧成结合剂，按重量份数计，包括:章村土86份，白云石8份，玻纤粉6份。

所述支撑体与膜层经一次烧成且带有若干通孔，所述通孔的孔径为30～33μm，当风速为1m/min时所述通孔两侧的压差为300～400pa，本实施例的碳化硅质陶瓷膜可应用在高温除尘领域。

实施例4：

一种碳化硅质陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，支撑体制备：将碳化硅、造孔剂、烧成结合剂和成型助剂混合得混合物一，然后过12目筛；过筛后将所述混合物一添加到模具中，在40mpa的压力下等静压成型，成型后脱模得坯体；成型助剂可提高成型坯体的强度，又可在烘干过程中产生化学反应，提高坯体的强度；采用等静压成型，密度均匀，强度较高、规整度好，坯体易于干燥，不变形，并且工艺简单，机械化作业，生产效率高，易于规模化生产。

步骤2，烘干：将坯体在60℃下烘干8小时；经过实验验证发现，一次烧工艺中坯体遇水后强度会损失95％以上，成型后的坯体经过烘干后，能够减少遇水后的强度会损失，将强度损失控制在20％以下，可以满足转运、喷膜及装窑需求；

步骤3，膜层制备：将刚玉砂、烧成结合剂、造孔剂、水、分散剂份、悬浮剂份混合得混合物二，

步骤4，喷膜：将混合物二喷涂于坯体表面；

步骤5，热处理及烧成：按照0.5min/℃升温至180℃，使结合剂排除水分；然后以2min/℃升温至500℃，使造孔剂等有机物碳化排除；然后以1.5min/℃升温至1230℃，使结合剂在高温过程中发生物相反应；最高烧成温度控制为1230～1280℃，保温时间5小时，使物相反应充分进行，制得碳化硅质陶瓷膜。通过优化烧成制度，支撑体中的残余造孔剂在1230～1280℃高温时氧化排出，一次烧工艺得到的膜管与两次烧工艺的膜管性能对比如图1、表1所示，两种烧成工艺下的支撑体膜管强度差异较小，在相同条件下做抗热震性能测试，均不会有裂纹，强度损失均在20％以下。相同骨料及相同膜层条件下，膜管的透气阻力、气孔率及孔径均保持在相同水平，说明一次烧工艺对产品自身性能影响不大。

表1：一次烧工艺得到的膜管与两次烧工艺的膜管性能对比

实施例5：

一种碳化硅质陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，支撑体制备：将碳化硅、造孔剂、烧成结合剂和成型助剂混合得混合物一，过12目筛后将所述混合物一添加到模具中，在15ompa的压力下等静压成型，成型后脱模得坯体；成型助剂可提高成型坯体的强度，又可在烘干过程中产生化学反应，提高坯体的强度；采用等静压成型，密度均匀，强度较高、规整度好，坯体易于干燥，不变形，并且工艺简单，机械化作业，生产效率高，易于规模化生产。

步骤2，烘干：将坯体在80℃下烘干12小时；经过实验验证发现，一次烧工艺中坯体遇水后强度会损失95％以上，成型后的坯体经过烘干后，能够减少遇水后的强度会损失，将强度损失控制在20％以下，可以满足转运、喷膜及装窑需求；

步骤3，膜层制备：将刚玉砂、烧成结合剂、造孔剂、水、分散剂份、悬浮剂份混合得混合物二，

步骤4，喷膜：将混合物二与喷涂于坯体表面；

步骤5，热处理及烧成：按照1min/℃升温至220℃，使结合剂排除水分；然后以3min/℃升温至700℃，使造孔剂等有机物碳化排除；然后以3min/℃升温至最高温度，使结合剂在高温过程中发生物相反应；最高烧成温度控制为1250℃，保温时间4小时，使物相反应充分进行，制得碳化硅质陶瓷膜。

实施例6：

一种碳化硅质陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，支撑体制备：将碳化硅、造孔剂、烧成结合剂和成型助剂混合得混合物一，过12目筛后将所述混合物一添加到模具中，在100mpa的压力下等静压成型，成型后脱模得坯体；成型助剂可提高成型坯体的强度，又可在烘干过程中产生化学反应，提高坯体的强度；采用等静压成型，密度均匀，强度较高、规整度好，坯体易于干燥，不变形，并且工艺简单，机械化作业，生产效率高，易于规模化生产。

步骤2，烘干：将坯体在70℃下烘干10小时；经过实验验证发现，一次烧工艺中坯体遇水后强度会损失95％以上，成型后的坯体经过烘干后，能够减少遇水后的强度会损失，将强度损失控制在20％以下，可以满足转运、喷膜及装窑需求；

步骤3，膜层制备：将刚玉砂、烧成结合剂、造孔剂、水、分散剂份、悬浮剂份混合得混合物二，

步骤4，喷膜：将混合物二与喷涂于坯体表面；

步骤5，热处理及烧成：按照0.8min/℃升温至200℃，使结合剂排除水分；然后以2.5min/℃升温至600℃，使造孔剂等有机物碳化排除；然后以2min/℃升温至最高温度，使结合剂在高温过程中发生物相反应；最高烧成温度控制为1280℃，保温时间3小时，使物相反应充分进行，制得碳化硅质陶瓷膜。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。