氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器及其制备方法
技术领域
1.本发明属于过滤器技术领域。尤其涉及一种氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器及其制备方法。
背景技术：
2.金属是工业制造的基础材料，是国家重大工程建设与重大装备制造的“基石”，发展高质量金属对国民经济与国防建设具有重要意义。金属中存在的非金属夹杂物会严重影响其强度和使用寿命，去除非金属夹杂、提升熔融金属纯净度可有效提高金属的质量。在熔融金属浇铸最终环节引入陶瓷过滤器滤除熔融金属中夹杂物是一种有效净化熔融金属、提高金属质量的重要途径。
3.目前，关于金属熔体过滤器，特别是镁及其合金熔体过滤器和铸钢过滤器的研究较多。例如“一种尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法”(201810307618.0)专利技术，采用氧化镁陶瓷粉料为原料，外加纳米铝溶胶、流变剂和纳米氧化镧，制得尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器。该技术采用的氧化镁陶瓷粉料为致密原料，使得过滤器骨架表面结构相对致密，且限制了对夹杂物的吸附能力，而且制品骨架厚度较低，导致该制品结构强度较低，寿命较短。
4.再如文献技术(王蒙蒙.mgo泡沫陶瓷的制备与性能研究.南京航空航天大学硕士学位论文，2017)，该技术以工业mgo作为原料，外加al2o3、聚乙烯醇、羧甲基纤维素和低温粘接剂，制得mgo泡沫陶瓷，但该技术采用的工业mgo为致密原料，使过滤器骨架表面较为致密，对非金属夹杂物的吸附能力较弱，过滤效果有待提高。
5.又如“一种陶瓷过滤器及其制备方法”(201310050569.4)专利技术，该技术以氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化镁、莫来石、滑石、长石等材料以及生物炭为原料，以天然树脂或硅溶胶为粘结剂，制得陶瓷过滤器，但该技术采用的材料组成过于复杂，高温下易产生液相降低过滤器强度；同时，所采用的原料也为致密材料，使过滤器骨架表面较为致密，对非金属夹杂物的吸附能力较弱；另外，尽管该技术引入了碳，但由于碳在烧结理论中属于惰性相，难以烧结，使氧化物材料与碳之间的界面相容性差，限制了制品的强度。
6.综上所述，目前关于镁及其合金熔体和钢液过滤器仍存在一些技术缺陷：(1)组成过于复杂，导致高温服役环境易产生过多液相，降低过滤器强度；(2)mgo热膨胀系数大，热震稳定性有待提高；(3)过滤器骨架表面较为致密，对夹杂物的吸附能力有限，限制了过滤效果；(4)以生物炭为原料时，氧化物与碳难以烧结，界面相容性差，限制了制品的强度。
技术实现要素：
7.本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器的制备方法，用该方法制备的氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器强度高、热震稳定性优良和过滤效果优异；既适用于高品质钢液净化领域，又适用于镁及其合金熔体净化领域。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
9.步骤1、方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
10.步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2～5℃/min的速率升温至320～400℃，保温1～3h，冷却，得到高孔隙率的多孔氧化铝细粉。
11.步骤1.2、以10～40wt％的所述高孔隙率的多孔氧化铝细粉和60～90wt％的轻烧菱镁矿细粉为原料，将所述原料置于搅拌机中，搅拌1～3h；外加所述原料3～6wt％的铝溶胶，混合10～20min，得到混合料。
12.步骤1.3、将所述混合料在100～150mpa条件下机压成型，成型后的坯体于110℃条件下干燥24～48h；然后以4～5℃/min的速率升温至1600～1750℃，保温2～6h，冷却，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷。
13.所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷：显气孔率为24～32％，体积密度为2.42～2.71g/cm3，气孔平均孔径为600～1550nm。
14.步骤1.4、将所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷破粉碎，筛分，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉，微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的粒径小于30μm。
15.步骤2、改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
16.步骤2.1、按去离子水∶九水硝酸铁的质量比为100∶(1.5～5.5)，将所述去离子水和所述九水硝酸铁置于搅拌机中，搅拌10～20min，得到改性溶液。
17.步骤2.2、按所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉∶改性溶液质量比为100∶(20～36)，将所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2.0～3.0kpa，再加入所述改性溶液，搅拌15～30min，关闭抽真空系统，自然干燥24～32h，得到改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉。
18.步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
19.将8～20ppi的聚氨酯泡沫浸渍于naoh溶液中，浸渍时间为2～4h，取出后用去离子水洗涤2～6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
20.步骤4、氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器的制备
21.以75～85wt％的所述改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉、7～11wt％的镁砂细粉、3～7wt％的改性煤焦油沥青粉、2.5～5wt％的单质硅粉和0.5～3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料置于混料机中，混合2～5h，外加所述原料2～5wt％的铝溶胶、0.04～0.15wt％的减水剂、0.3～1.3wt％的消泡剂和20～35wt％的去离子水，搅拌40～60min，得到具有触变性的陶瓷浆体。
22.将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10～15min，取出后用对辊机去除多余的陶瓷浆体，室温条件下养护15～26h，80～110℃条件下干燥12～24h；然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以0.5～2℃/min的速率升温至1200～1300℃，保温2～4h，冷却，得到方镁石
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尖晶石
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碳过滤器预烧体。
23.将所述方镁石
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尖晶石
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碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍时间为10～20分钟，取出后在离心机中以200～450r/min的转速处理3～5分钟，得到二次挂浆方镁石
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尖晶石
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碳过滤器坯体；将所述二次挂浆方镁石
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尖晶石
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碳过滤器坯体自然干燥20～40h，再于80～110℃条件下干燥12～36h，然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以2～6℃/min的速率升温至1300～1400℃，保温3～6h，冷却，制得氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器。
24.所述氢氧化铝细粉的粒径小于44μm；所述氢氧化铝细粉的al2o3含量为64～66wt％。
25.所述轻烧菱镁矿细粉的粒径小于44μm；所述轻烧菱镁矿细粉的mgo含量大于95wt％。
26.步骤1.2所述铝溶胶和步骤4所述铝溶胶相同；所述铝溶胶的al2o3含量为20～45wt％。
27.所述九水硝酸铁的fe(no3)3·
9h2o含量大于98wt％。
28.所述naoh溶液的溶剂为去离子水；所述naoh溶液的浓度为6～8mol/l。
29.所述镁砂细粉的粒径小于44μm；所述镁砂细粉的mgo含量大于96wt％。
30.所述改性煤焦油沥青粉的粒径小于74μm；所述改性煤焦油沥青粉的c含量大于70wt％。
31.所述单质硅粉的粒径小于45μm；所述单质硅粉的si含量大于98wt％。
32.所述减水剂为木质素磺酸钠或为聚羧酸盐；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为45～60wt％，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为700～2300。
33.由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比有如下积极效果：
34.(1)本发明利用改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉为原料，形成锯齿咬合状界面以及特殊分布的氮化硅晶须，显著提高了制品的强度和热震稳定性。
35.①
本发明直接以具有高孔隙率的多孔氧化铝细粉和轻烧菱镁矿细粉为原材料，不需要额外添加造孔剂，通过铝溶胶、特殊成型压力及烧成制度控制方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的微结构，获得能应用于高温服役条件，具有微纳米多孔结构的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉。该细粉表面结构粗糙，增大了细粉/细粉、细粉/改性煤焦油沥青粉之间的接触面积，烧结过程中加快了物质传输速率，形成固固颈部连接，在微颗粒间形成锯齿咬合状界面，提高了制品强度。
36.②
本发明以具有贯通状气孔的改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉为原料，表面结构粗糙，增大了陶瓷浆体与聚氨酯泡沫模板的接触面积并利用特殊二次挂浆工艺，增大骨架厚度，避免制品形成中空结构，提高了制品强度。
37.③
本发明利用改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的微纳米多孔结构及内部附着的催化剂，促进氮化硅晶须在表面及内部孔洞中原位生成，与基质中原位生成的氮化硅晶须形成特殊的网状交织结构，进一步提高了制品强度和热震稳定性。解决了现有氮化硅晶须仅能在基质间隙中形成、界面相容性差的问题。
38.④
当材料在使用过程中受到环境温度急剧变化的作用时，材料会在薄弱处产生微裂纹，本发明利用锯齿咬合状界面以及特殊分布的氮化硅晶须复合增强，吸收破坏性应力，当裂纹扩展遇到微纳米孔和氮化硅晶须，孔与晶须会抑制应变能的聚集，阻止裂纹瞬时扩展，从而提高制品热震稳定性。
39.(2)本发明利用方镁石
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尖晶石
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碳过滤器特殊的微纳米多孔结构，并结合碳热还原反应，提高了对夹杂物的吸附能力，提高净化效果。
40.①
本发明采用改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉为原料，使制品骨架具有微纳米孔多
孔结构，增大骨架比表面积，可与钢液充分接触，提高了对夹杂物的吸附能力。
41.②
本发明结合碳热还原反应，在制品骨架与钢液界面，mgo、尖晶石、c和钢液易反应形成活性镁铝尖晶石层，在高温服役条件下，mgo与c发生碳热还原反应形成mg蒸汽，mg蒸汽通过制品内部微纳米气孔进入钢液，起到强脱氧剂作用，降低钢液总氧含量；同时，mg蒸汽与其它夹杂物反应形成更大尺寸夹杂，利于夹杂物上浮，增强过滤效果。
42.③
在高温服役过程中，mgo与c反应，形成的co等气体会通过骨架中的微纳米气孔逸散到钢液中，形成微米级气泡，利于吸附钢液中小尺寸夹杂物，进一步降低钢液中夹杂物，提高制品的净化效果。
43.本发明所制备的氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器经检测：显气孔率为80～90％；体积密度为0.39～0.71g/cm3；耐压强度为1.5～3.6mpa；物相组成主要为方镁石、镁铝尖晶石、石墨、β
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si3n4和少量镁阿隆。
44.因此，本发明制备的氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器强度高、热震稳定性优良和过滤效果优异；既适用于高品质钢液净化领域，又适用于镁及其合金熔体净化领域。
具体实施方式
45.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
46.一种氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法的步骤是：
47.步骤1、方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
48.步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2～5℃/min的速率升温至320～400℃，保温1～3h，冷却，得到高孔隙率的多孔氧化铝细粉。
49.步骤1.2、以10～40wt％的所述高孔隙率的多孔氧化铝细粉和60～90wt％的轻烧菱镁矿细粉为原料，将所述原料置于搅拌机中，搅拌1～3h；外加所述原料3～6wt％的铝溶胶，混合10～20min，得到混合料。
50.步骤1.3、将所述混合料在100～150mpa条件下机压成型，成型后的坯体于110℃条件下干燥24～48h；然后以4～5℃/min的速率升温至1600～1750℃，保温2～6h，冷却，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷。
51.所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷：显气孔率为24～32％，体积密度为2.42～2.71g/cm3，气孔平均孔径为600～1550nm。
52.步骤1.4、将所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷破粉碎，筛分，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉，微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的粒径小于30μm。
53.步骤2、改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
54.步骤2.1、按去离子水∶九水硝酸铁的质量比为100∶(1.5～5.5)，将所述去离子水和所述九水硝酸铁置于搅拌机中，搅拌10～20min，得到改性溶液。
55.步骤2.2、按所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉∶改性溶液质量比为100∶(20～36)，将所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2.0～3.0kpa，再加入所述改性溶液，搅拌15～30min，关闭抽真空系统，自然干燥24～32h，得到改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉。
56.步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
57.将8～20ppi的聚氨酯泡沫浸渍于naoh溶液中，浸渍时间为2～4h，取出后用去离子水洗涤2～6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
58.步骤4、氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器的制备
59.以75～85wt％的所述改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉、7～11wt％的镁砂细粉、3～7wt％的改性煤焦油沥青粉、2.5～5wt％的单质硅粉和0.5～3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料置于混料机中，混合2～5h，外加所述原料2～5wt％的铝溶胶、0.04～0.15wt％的减水剂、0.3～1.3wt％的消泡剂和20～35wt％的去离子水，搅拌40～60min，得到具有触变性的陶瓷浆体。
60.将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10～15min，取出后用对辊机去除多余的陶瓷浆体，室温条件下养护15～26h，80～110℃条件下干燥12～24h；然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以0.5～2℃/min的速率升温至1200～1300℃，保温2～4h，冷却，得到方镁石
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尖晶石
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碳过滤器预烧体。
61.将所述方镁石
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尖晶石
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碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍时间为10～20分钟，取出后在离心机中以200～450r/min的转速处理3～5分钟，得到二次挂浆方镁石
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尖晶石
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碳过滤器坯体；将所述二次挂浆方镁石
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尖晶石
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碳过滤器坯体自然干燥20～40h，再于80～110℃条件下干燥12～36h，然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以2～6℃/min的速率升温至1300～1400℃，保温3～6h，冷却，制得氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器。
62.所述氢氧化铝细粉的al2o3含量为64～66wt％。
63.所述轻烧菱镁矿细粉的mgo含量大于95wt％。
64.所述铝溶胶的al2o3含量为20～45wt％。
65.所述九水硝酸铁的fe(no3)3·
9h2o含量大于98wt％。
66.所述naoh溶液的浓度为6～8mol/l。
67.所述镁砂细粉的mgo含量大于96wt％。
68.所述改性煤焦油沥青粉的c含量大于70wt％。
69.所述单质硅粉的si含量大于98wt％。
70.所述减水剂为木质素磺酸钠或为聚羧酸盐；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为45～60wt％，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为700～2300。
71.本具体实施方式中：
72.所述氢氧化铝细粉的粒径小于44μm；
73.所述轻烧菱镁矿细粉的粒径小于44μm；
74.所述naoh溶液的溶剂为去离子水；
75.所述镁砂细粉的粒径小于44μm；
76.所述改性煤焦油沥青粉的粒径小于74μm；
77.所述单质硅粉的粒径小于45μm；
78.步骤1.2所述铝溶胶和步骤4所述铝溶胶相同。
79.实施例中不再赘述。
80.实施例1
81.一种氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
82.步骤1、方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
83.步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2℃/min的速率升温至320℃，保温1h，冷却，得到高孔隙率的多孔氧化铝细粉。
84.步骤1.2、以10wt％的所述高孔隙率的多孔氧化铝细粉和90wt％的轻烧菱镁矿细粉为原料，将所述原料置于搅拌机中，搅拌1h；外加所述原料3wt％的铝溶胶，混合10min，得到混合料。
85.步骤1.3、将所述混合料在100mpa条件下机压成型，成型后的坯体于110℃条件下干燥24h；然后以4℃/min的速率升温至1600℃，保温2h，冷却，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷。
86.所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷：显气孔率为24％，体积密度为2.71g/cm3，气孔平均孔径为600nm。
87.步骤1.4、将所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷破粉碎，筛分，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉，微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的粒径小于30μm。
88.步骤2、改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
89.步骤2.1、按去离子水∶九水硝酸铁的质量比为100∶1.5，将所述去离子水和所述九水硝酸铁置于搅拌机中，搅拌10min，得到改性溶液。
90.步骤2.2、按所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉∶改性溶液质量比为100∶20，将所述微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2kpa，再加入所述改性溶液，搅拌15min，关闭抽真空系统，自然干燥24h，得到改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉。
91.步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
92.将8ppi的聚氨酯泡沫浸渍于naoh溶液中，浸渍时间为2h，取出后用去离子水洗涤2次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
93.步骤4、氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器的制备
94.以75wt％的所述改性方镁石
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尖晶石陶瓷细粉、11wt％的镁砂细粉、7wt％的改性煤焦油沥青粉、4wt％的单质硅粉和3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料置于混料机中，混合2h，外加所述原料2wt％的铝溶胶、0.04wt％的减水剂、0.3wt％的消泡剂和20wt％的去离子水，搅拌40min，得到具有触变性的陶瓷浆体。
95.将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10min，取出后用对辊机去除多余的陶瓷浆体，室温条件下养护15h，80℃条件下干燥12h；然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以0.5℃/min的速率升温至1200℃，保温2h，冷却，得到方镁石
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尖晶石
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碳过滤器预烧体。
96.将所述方镁石
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尖晶石
‑
碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍时间为10分钟，取出后在离心机中以200r/min的转速处理3分钟，得到二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体；将所述二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体自然干燥20h，再于80℃条件下干燥12h，然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以2℃/min的速率升温至1300℃，保温3h，冷却，制得氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器。
97.所述氢氧化铝细粉的al2o3含量为64.07wt％。
98.所述轻烧菱镁矿细粉的mgo含量为95.3wt％。
99.所述铝溶胶的al2o3含量为20wt％。
100.所述九水硝酸铁的fe(no3)3·
9h2o含量为99.2wt％。
101.所述naoh溶液的浓度为6mol/l。
102.所述镁砂细粉的mgo含量为96.2wt％。
103.所述改性煤焦油沥青粉的c含量为71.15wt％。
104.所述单质硅粉的si含量为98.32wt％。
105.所述减水剂为木质素磺酸钠，所述木质素磺酸钠中的木质素含量为48wt％。
106.本实施例所制备的氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器经检测：显气孔率为90％；体积密度为0.39g/cm3；耐压强度为1.5mpa；物相组成主要为方镁石、镁铝尖晶石、石墨、β
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si3n4和少量镁阿隆。
107.实施例2
108.一种氮化硅晶须增强方镁石
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尖晶石
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碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
109.步骤1、方镁石
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尖晶石陶瓷细粉的制备
110.步骤1.1、将氢氧化铝细粉以3℃/min的速率升温至350℃，保温2h，冷却，得到高孔隙率的多孔氧化铝细粉。
111.步骤1.2、以20wt％的所述高孔隙率的多孔氧化铝细粉和80wt％的轻烧菱镁矿细粉为原料，将所述原料置于搅拌机中，搅拌2.5h；外加所述原料4wt％的铝溶胶，混合14min，得到混合料。
112.步骤1.3、将所述混合料在120mpa条件下机压成型，成型后的坯体于110℃条件下干燥30h；然后以4℃/min的速率升温至1680℃，保温4h，冷却，得到微纳米孔径的方镁石
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尖晶石陶瓷。
113.所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷：显气孔率为26.4％，体积密度为2.64g/cm3，气孔平均孔径为860nm。
114.步骤1.4、将所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷破粉碎，筛分，得到微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉，微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的粒径小于30μm。
115.步骤2、改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的制备
116.步骤2.1、按去离子水∶九水硝酸铁的质量比为100∶2.8，将所述去离子水和所述九水硝酸铁置于搅拌机中，搅拌13min，得到改性溶液。
117.步骤2.2、按所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉∶改性溶液质量比为100∶26，将所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2.3kpa，再加入所述改性溶液，搅拌18min，关闭抽真空系统，自然干燥26h，得到改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉。
118.步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
119.将12ppi的聚氨酯泡沫浸渍于naoh溶液中，浸渍时间为3h，取出后用去离子水洗涤
3次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
120.步骤4、氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器的制备
121.以78.5wt％的所述改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉、9.7wt％的镁砂细粉、6wt％的改性煤焦油沥青粉3.3wt％的单质硅粉和2.5wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料置于混料机中，混合3h，外加所述原料3wt％的铝溶胶、0.08wt％的减水剂、0.6wt％的消泡剂和26wt％的去离子水，搅拌46min，得到具有触变性的陶瓷浆体。
122.将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍12min，取出后用对辊机去除多余的陶瓷浆体，室温条件下养护18h，90℃条件下干燥17h；然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以1℃/min的速率升温至1230℃，保温3h，冷却，得到方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器预烧体。
123.将所述方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍时间为13分钟，取出后在离心机中以270r/min的转速处理4分钟，得到二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体；将所述二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体自然干燥26h，再于90℃条件下干燥20h，然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以3℃/min的速率升温至1330℃，保温4h，冷却，制得氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器。
124.所述氢氧化铝细粉的al2o3含量为64.79wt％。
125.所述轻烧菱镁矿细粉的mgo含量为95.87wt％。
126.所述铝溶胶的al2o3含量为28wt％。
127.所述九水硝酸铁的fe(no3)3·
9h2o含量为99.4wt％。
128.所述naoh溶液的浓度为6.6mol/l。
129.所述镁砂细粉的mgo含量为96.6wt％。
130.所述改性煤焦油沥青粉的c含量为72.47wt％。
131.所述单质硅粉的si含量为98.91wt％。
132.所述减水剂为聚羧酸盐，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为1000。
133.本实施例所制备的氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器经检测：显气孔率为87％；体积密度为0.46g/cm3；耐压强度为1.8mpa；物相组成主要为方镁石、镁铝尖晶石、石墨、β
‑
si3n4和少量镁阿隆。
134.实施例3
135.一种氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
136.步骤1、方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的制备
137.步骤1.1、将氢氧化铝细粉以4℃/min的速率升温至380℃，保温2.5h，冷却，得到高孔隙率的多孔氧化铝细粉。
138.步骤1.2、以30wt％的所述高孔隙率的多孔氧化铝细粉和70wt％的轻烧菱镁矿细粉为原料，将所述原料置于搅拌机中，搅拌2h；外加所述原料5wt％的铝溶胶，混合17min，得到混合料。
139.步骤1.3、将所述混合料在130mpa条件下机压成型，成型后的坯体于110℃条件下干燥40h；然后以5℃/min的速率升温至1710℃，保温5h，冷却，得到微纳米孔径的方镁石
‑
尖
晶石陶瓷。
140.所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷：显气孔率为29.7％，体积密度为2.54g/cm3，气孔平均孔径为1270nm。
141.步骤1.4、将所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷破粉碎，筛分，得到微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉，微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的粒径小于30μm。
142.步骤2、改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的制备
143.步骤2.1、按去离子水∶九水硝酸铁的质量比为100∶4，将所述去离子水和所述九水硝酸铁置于搅拌机中，搅拌17min，得到改性溶液。
144.步骤2.2、按所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉∶改性溶液质量比为100∶30，将所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2.7kpa，再加入所述改性溶液，搅拌25min，关闭抽真空系统，自然干燥29h，得到改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉。
145.步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
146.将16ppi的聚氨酯泡沫浸渍于naoh溶液中，浸渍时间为3h，取出后用去离子水洗涤5次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
147.步骤4、氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器的制备
148.以82.3wt％的所述改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉、8.2wt％的镁砂细粉、3wt％的改性煤焦油沥青粉、5wt％的单质硅粉和1.5wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料置于混料机中，混合4h，外加所述原料4wt％的铝溶胶、0.11wt％的减水剂、0.9wt％的消泡剂和28wt％的去离子水，搅拌52min，得到具有触变性的陶瓷浆体。
149.将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍13min，取出后用对辊机去除多余的陶瓷浆体，室温条件下养护22h，100℃条件下干燥20h；然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以1.5℃/min的速率升温至1260c，保温3h，冷却，得到方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器预烧体。
150.将所述方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍时间为17分钟，取出后在离心机中以350r/min的转速处理4分钟，得到二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体；将所述二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体自然干燥33h，再于100℃条件下干燥28h，然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以5℃/min的速率升温至1370℃，保温5h，冷却，制得氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器。
151.所述氢氧化铝细粉的al2o3含量为65.14wt％。
152.所述轻烧菱镁矿细粉的mgo含量为96.21wt％。
153.所述铝溶胶的al2o3含量为36wt％。
154.所述九水硝酸铁的fe(no3)3·
9h2o含量为98.5wt％。
155.所述naoh溶液的浓度为7.1mol/l。
156.所述镁砂细粉的mgo含量为96.9wt％。
157.所述改性煤焦油沥青粉的c含量为73.26wt％。
158.所述单质硅粉的si含量为99.06wt％。
159.所述减水剂为木质素磺酸钠，所述木质素磺酸钠中的木质素含量为58wt％。
160.本实施例所制备的氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器经检测：显气孔率为82％；体积密度为0.6g/cm3；耐压强度为2.7mpa；物相组成主要为方镁石、镁铝尖晶石、石墨、β
‑
si3n4和少量镁阿隆。
161.实施例4
162.一种氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
163.步骤1、方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的制备
164.步骤1.1、将氢氧化铝细粉以5℃/min的速率升温至400℃，保温3h，冷却，得到高孔隙率的多孔氧化铝细粉。
165.步骤1.2、以40wt％的所述高孔隙率的多孔氧化铝细粉和60wt％的轻烧菱镁矿细粉为原料，将所述原料置于搅拌机中，搅拌3h；外加所述原料6wt％的铝溶胶，混合20min，得到混合料。
166.步骤1.3、将所述混合料在150mpa条件下机压成型，成型后的坯体于110℃条件下干燥48h；然后以5℃/min的速率升温至1750℃，保温6h，冷却，得到微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷。
167.所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷：显气孔率为32％，体积密度为2.42g/cm3，气孔平均孔径为1550nm。
168.步骤1.4、将所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷破粉碎，筛分，得到微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉，微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的粒径小于30μm。
169.步骤2、改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的制备
170.步骤2.1、按去离子水∶九水硝酸铁的质量比为100∶5.5，将所述去离子水和所述九水硝酸铁置于搅拌机中，搅拌20min，得到改性溶液。
171.步骤2.2、按所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉∶改性溶液质量比为100∶36，将所述微纳米孔径的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至3kpa，再加入所述改性溶液，搅拌30min，关闭抽真空系统，自然干32h，得到改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉。
172.步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
173.将20ppi的聚氨酯泡沫浸渍于naoh溶液中，浸渍时间为4h，取出后用去离子水洗涤6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
174.步骤4、氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器的制备
175.以85wt％的所述改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉、7wt％的镁砂细粉、5wt％的改性煤焦油沥青粉、2.5wt％的单质硅粉和0.5wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料置于混料机中，混合5h，外加所述原料5wt％的铝溶胶、0.15wt％的减水剂、1.3wt％的消泡剂和35wt％的去离子水，搅拌60min，得到具有触变性的陶瓷浆体。
176.将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍15min，取出后用对辊机去除多余的陶瓷浆体，室温条件下养护26h，110℃条件下干燥24h；然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以2℃/min的速率升温至1300℃，保温4h，冷却，得到方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器预烧体。
177.将所述方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸
渍时间为20分钟，取出后在离心机中以450r/min的转速处理5分钟，得到二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体；将所述二次挂浆方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器坯体自然干燥40h，再于110℃条件下干燥36h，然后在n2分压为1atm、o2分压小于1.0
×
10
‑
14.4
pa和co分压小于1.0
×
10
‑
6.4
pa的气氛条件下，以6℃/min的速率升温至1400℃，保温6h，冷却，制得氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器。
178.所述氢氧化铝细粉的al2o3含量为65.93wt％。
179.所述轻烧菱镁矿细粉的mgo含量为96.91wt％。
180.所述铝溶胶的al2o3含量为45wt％。
181.所述九水硝酸铁的fe(no3)3·
9h2o含量为98.6wt％。
182.所述naoh溶液的浓度为8mol/l。
183.所述镁砂细粉的mgo含量为97.1wt％。
184.所述改性煤焦油沥青粉的c含量为74.12wt％。
185.所述单质硅粉的si含量为99.52wt％。
186.所述减水剂为聚羧酸盐，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为2000。
187.本实施例所制备的氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器经检测：显气孔率为80％；体积密度为0.71g/cm3；耐压强度为3.6mpa；物相组成主要为方镁石、镁铝尖晶石、石墨、β
‑
si3n4和少量镁阿隆。
188.本具体实施方式与现有技术相比有如下积极效果：
189.(1)本具体实施方式利用改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉为原料，形成锯齿咬合状界面以及特殊分布的氮化硅晶须，显著提高了制品的强度和热震稳定性。
190.①
本具体实施方式直接以具有高孔隙率的多孔氧化铝细粉和轻烧菱镁矿细粉为原材料，不需要额外添加造孔剂，通过铝溶胶、特殊成型压力及烧成制度控制方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的微结构，获得能应用于高温服役条件，具有微纳米多孔结构的方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉。该细粉表面结构粗糙，增大了细粉/细粉、细粉/改性煤焦油沥青粉之间的接触面积，烧结过程中加快了物质传输速率，形成固固颈部连接，在微颗粒间形成锯齿咬合状界面，提高了制品强度。
191.②
本具体实施方式以具有贯通状气孔的改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉为原料，表面结构粗糙，增大了陶瓷浆体与聚氨酯泡沫模板的接触面积并利用特殊二次挂浆工艺，增大骨架厚度，避免制品形成中空结构，提高了制品强度。
192.③
本具体实施方式利用改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉的微纳米多孔结构及内部附着的催化剂，促进氮化硅晶须在表面及内部孔洞中原位生成，与基质中原位生成的氮化硅晶须形成特殊的网状交织结构，进一步提高了制品强度和热震稳定性。解决了现有氮化硅晶须仅能在基质间隙中形成、界面相容性差的问题。
193.④
当材料在使用过程中受到环境温度急剧变化的作用时，材料会在薄弱处产生微裂纹，本具体实施方式利用锯齿咬合状界面以及特殊分布的氮化硅晶须复合增强，吸收破坏性应力，当裂纹扩展遇到微纳米孔和氮化硅晶须，孔与晶须会抑制应变能的聚集，阻止裂纹瞬时扩展，从而提高制品热震稳定性。
194.(2)本具体实施方式利用方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器特殊的微纳米多孔结构，并结合碳热还原反应，提高了对夹杂物的吸附能力，提高净化效果。
195.①
本具体实施方式采用改性方镁石
‑
尖晶石陶瓷细粉为原料，使制品骨架具有微纳米孔多孔结构，增大骨架比表面积，可与钢液充分接触，提高了对夹杂物的吸附能力。
196.②
本具体实施方式结合碳热还原反应，在制品骨架与钢液界面，mgo、尖晶石、c和钢液易反应形成活性镁铝尖晶石层，在高温服役条件下，mgo与c发生碳热还原反应形成mg蒸汽，mg蒸汽通过制品内部微纳米气孔进入钢液，起到强脱氧剂作用，降低钢液总氧含量；同时，mg蒸汽与其它夹杂物反应形成更大尺寸夹杂，利于夹杂物上浮，增强过滤效果。
197.③
在高温服役过程中，mgo与c反应，形成的co等气体会通过骨架中的微纳米气孔逸散到钢液中，形成微米级气泡，利于吸附钢液中小尺寸夹杂物，进一步降低钢液中夹杂物，提高制品的净化效果。
198.本具体实施方式所制备的氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器经检测：显气孔率为80～90％；体积密度为0.39～0.71g/cm3；耐压强度为1.5～3.6mpa；物相组成主要为方镁石、镁铝尖晶石、石墨、β
‑
si3n4和少量镁阿隆。
199.因此，本具体实施方式制备的氮化硅晶须增强方镁石
‑
尖晶石
‑
碳过滤器强度高、热震稳定性优良和过滤效果优异；既适用于高品质钢液净化领域，又适用于镁及其合金熔体净化领域。