一种碳化硅质陶瓷膜及其制备方法和应用与流程

文档序号:23628885发布日期:2021-01-12 10:42阅读:76来源:国知局
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。

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