本發(fā)明屬于多孔陶瓷生產(chǎn)制備領(lǐng)域。涉及一種低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷的制備方法，尤其涉及一種鎳渣制備低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷的方法。

背景技術(shù)：

通常平均熱膨脹系數(shù)小于2.0×10^-6/℃，即可稱為低熱膨脹陶瓷材料。其中，低熱膨脹的多孔陶瓷由于具有很小的熱膨脹系數(shù)，因而可經(jīng)受苛刻的熱變換而不破壞，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性；又由于多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，大大增加了載體的幾何表面積和改善了抗熱沖擊性能，可適用于汽車尾氣凈化用載體、煙氣處理載體和催化劑載體等，是一類重要耐熱工程陶瓷材料，成為一些高技術(shù)領(lǐng)域不可替代的材料，已在國(guó)防、民用工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪杏兄鴱V泛應(yīng)用。但是一般低熱膨脹多孔陶瓷原材料要求高，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，所以選擇一種存量較大、成分較穩(wěn)定的原料，并能制備出性能滿足要求的低熱膨脹多孔陶瓷材料，具有重要的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價(jià)值。

鎳渣是指在鎳金屬冶煉過(guò)程中排放的一種工業(yè)廢渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鎳渣累計(jì)堆積量已超過(guò)1000萬(wàn)噸。其成分中主要含有SiO₂、MgO和Fe₂O₃，成分含量相對(duì)穩(wěn)定，可視為很好的原材料；另外還含有鉻、鉛、銅和鋅等多種重金屬元素，在堆積、填埋處置過(guò)程中，這些元素在雨水、地表水和滲濾液等的淋溶、浸泡、沖刷作用下，進(jìn)入土壤、地表水及地下水，然后遷移進(jìn)入食物鏈，造成環(huán)境污染，危害人類健康。所以以鎳渣為原料開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，具有保護(hù)環(huán)境重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述中的不足之處，本發(fā)明以鎳渣為主要原料，添加生物質(zhì)粉為造孔劑制備低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。本發(fā)明不僅可以獲得低熱膨脹系數(shù)的多孔陶瓷，而且解決了成本高和制備方法復(fù)雜等問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

步驟1)將主料與造孔劑均勻混合，兩者的質(zhì)量比為100:(20-35)，所述的主料為鎳渣、含鋁原料和石英粉的混合物，主料中各組分按質(zhì)量百分比計(jì)，分別為38～55％、40％～47％和5％～15％；

步驟2)將步驟1)中得到的混合料，模壓成型，得到坯體；

步驟3)將坯體干燥后，置于高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻后，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。

具體的，本發(fā)明所采用的鎳渣化學(xué)成分質(zhì)量組成為：SiO₂為40.38～55.99％、MgO為17.19～28.31％、Fe₂O₃為4.89～10％、Al₂O₃為4.86～7.29％、CaO為0.92～4.02％和K、Na小于3％。所述的鎳渣用顎式破碎機(jī)和行星球磨機(jī)磨細(xì)，過(guò)200目篩，得到鎳渣細(xì)粉。

所述的含鋁原料為高嶺土或粉煤灰，其中粉煤灰化學(xué)成分質(zhì)量組成為：SiO₂為27.83～51.76％、Al₂O₃為29.41～40.12％、CaO為7.44～16.80％、Fe₂O₃為1.50～6.22％和MgO、K、Na小于5％。

所述的造孔劑是將稻殼、稻稈、玉米稈、麥稈或棉稈，經(jīng)過(guò)清洗、烘干、粉磨后得到。造孔劑含量，是由占主料質(zhì)量百分比為0～20％的稻殼粉、0～25％的稻稈粉、0～30％的玉米稈粉、0～30％的麥稈粉、0～10％的棉稈粉中的一種或多種組合而成。

作為優(yōu)選，鎳渣、高嶺土和石英粉的最佳配比為：鎳渣45％，高嶺土42％和石英粉13％，外加20％稻殼粉和10％棉稈粉。

所述的模壓成型，以聚乙烯醇溶液為成型粘結(jié)劑，所述聚乙烯醇溶液的濃度為5％(重量比)；在混合好的坯料中加入10～12％的聚乙烯醇溶液，造粒，過(guò)120目篩，最后在6～15MPa下成型。優(yōu)選加入11％的聚乙烯醇(5wt％)溶液，施加壓力為10MPa

所述的干燥坯體，將坯體于110±5℃下烘干1h。

所述的燒結(jié)，將干燥后的坯體放入底部裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，燒成曲線如下：0～500℃以3～4℃/min升溫，在500℃保溫0.5h；500～1000℃以2～3℃/min升溫，然后以1～2℃/min升溫至1300～1400℃，保溫3～5h，冷至室溫。

采用本發(fā)明所述方法所制得的低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷材料，在20～1000℃溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為0.67×10^－6/℃～1.43×10^－6/℃，抗彎強(qiáng)度為15.12～30.02MPa，顯氣孔率為35.73～43.47％。

本發(fā)明的一個(gè)最佳方案是：將鎳渣、高嶺土和石英粉按質(zhì)量比45:42:13稱量，與20％稻殼粉和10％棉稈粉混合均勻，加入10％的聚乙烯醇(5wt％)溶液，造粒，過(guò)120目篩，得到坯料；將坯料在10MPa下模壓成型，得到坯體；將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，0～500℃升溫速度3℃/min，500℃保溫0.5h；再以2℃/min升溫至1000℃，最后以1℃/min升溫至1350℃并保溫4h，冷至室溫，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。其中，氧化鋁粉可重復(fù)使用。

有益效果：(1)可獲得低熱膨脹系數(shù)的多孔陶瓷，具有20～1000℃內(nèi)的低熱膨脹系數(shù)為0.67×10^－6/℃～1.43×10^－6/℃，另外，抗彎強(qiáng)度為15.12～30.02MPa，顯氣孔率為35.73～43.47％，具有良好的催化劑涂覆性能和力學(xué)性能。

(2)采用鎳渣為原料，是固體廢棄物的有效利用，是變廢為寶。降低成本，節(jié)能環(huán)保，減少污染；生物質(zhì)材料作為一種造孔劑，提高了對(duì)農(nóng)作物廢棄物的綜合利用。

具體實(shí)施方式：

以下參照具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

下述實(shí)施例中所用的原料、試劑材料等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為市售購(gòu)買產(chǎn)品。

實(shí)施例1

(1)原料制備：將稻殼和棉稈清洗，烘干，粉磨，制備成粉料；鎳渣用顎式破碎機(jī)和行星球磨機(jī)磨細(xì)，過(guò)200目篩，得到細(xì)粉；

(2)混料：將鎳渣、高嶺土和石英粉按質(zhì)量比45:42:13稱量，與20％稻殼粉和10％棉稈粉混合均勻，加入10％聚乙烯醇(5wt％)，造粒，過(guò)120目篩，得到坯料；

(3)成型：將坯料在10MPa下模壓成型，得到坯體；

(4)燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，0～500℃升溫速度3℃/min，保溫0.5h；再以2℃/min升溫至1000℃，最后以1℃/min升溫至1350℃并保溫4h，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。

(5)性能測(cè)試：測(cè)得該多孔陶瓷在20～1000℃內(nèi)的低熱膨脹系數(shù)為0.67×10^－6/℃，抗彎強(qiáng)度為26.58MPa，顯氣孔率為38.68％。

實(shí)施例2

(2)原料制備：將稻稈和棉稈清洗，烘干，粉磨，制備成粉體；鎳渣用顎式破碎機(jī)和行星球磨機(jī)磨細(xì)，過(guò)200目篩，得到細(xì)粉；

(2)混料：將鎳渣、粉煤灰和石英粉按質(zhì)量比55:40:5稱量，與25％稻稈粉和10％棉稈粉混合均勻，加入12％聚乙烯醇(5wt％)，造粒，過(guò)120目篩，得到坯料；

(3)成型：將坯料在15MPa下模壓成型，得到坯體；

(4)燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中0～500℃升溫速度4℃/min，保溫0.5h；再以3℃/min升溫至1000℃，最后以2℃/min升溫至1400℃，保溫5h，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。

(5)性能測(cè)試：測(cè)得該多孔陶瓷在20～1000℃內(nèi)的低熱膨脹系數(shù)為0.81×10^－6/℃，抗彎強(qiáng)度為30.02MPa，顯氣孔率為37.93％。

實(shí)施例3

(1)原料制備：將稻殼清洗，烘干，粉磨，制備成粉體；鎳渣用顎式破碎機(jī)和行星球磨機(jī)磨細(xì)，過(guò)200目篩，得到粉細(xì)粉；

(2)混料：將鎳渣、高嶺土和石英粉按質(zhì)量比38:47:15稱量，與20份稻殼粉混合均勻，加入10％聚乙烯醇(5wt％)，造粒，過(guò)120目篩，得到坯料；

(3)成型：將坯料在6MPa下模壓成型，得到坯體；

(4)燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，0～500℃升溫速度3℃/min，保溫0.5h；再以2℃/min升溫至1000℃，最后以1℃/min升溫至1300℃，保溫3h，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。

(5)性能測(cè)試：測(cè)得該多孔陶瓷在20～1000℃內(nèi)的低熱膨脹系數(shù)為1.43×10^－6/℃，抗彎強(qiáng)度為15.12MPa，顯氣孔率為43.47％。

實(shí)施例4

(1)原料制備：將麥稈清洗，烘干，粉磨，制備成麥稈粉；鎳渣用顎式破碎機(jī)和行星球磨機(jī)磨細(xì)，過(guò)200目篩，得到細(xì)粉；

(2)混料：將鎳渣、高嶺土和石英粉按質(zhì)量比45:42:13稱量，30份麥稈粉混合均勻，加入12％聚乙烯醇(5wt％)，造粒，過(guò)120目篩，得到坯料；

(3)成型：將坯料在10MPa下模壓成型，得到坯體；

(4)燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，0～500℃升溫速度3℃/min，保溫0.5h；再以2℃/min升溫至1350℃保溫4h，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。

(5)性能測(cè)試，測(cè)得該多孔陶瓷在20～1000℃內(nèi)的低熱膨脹系數(shù)1.05×10^－6/℃，抗彎強(qiáng)度為26.15MPa，顯氣孔率為35.73％。

實(shí)施例5

(1)原料制備：將玉米稈清洗，烘干，粉磨，制備成麥稈粉；鎳渣用顎式破碎機(jī)和行星球磨機(jī)磨細(xì)，過(guò)200目篩，得到細(xì)粉；

(2)混料：將鎳渣、粉煤灰和石英粉按質(zhì)量比43:42:15稱量，30份麥稈粉混合均勻，加入12％聚乙烯醇(5wt％)，造粒，過(guò)120目篩，得到坯料；

(3)成型：將坯料在10MPa下模壓成型，得到坯體；

(4)燒成：將坯體烘干后放入裝有氧化鋁粉的匣缽內(nèi)，并將匣缽置于高溫爐中，0～500℃升溫速度3℃/min，保溫0.5h；再以2℃/min升溫至1380℃保溫3h，得到低熱膨脹系數(shù)多孔陶瓷。

(5)性能測(cè)試，測(cè)得該多孔陶瓷在20～1000℃內(nèi)的低熱膨脹系數(shù)0.90×10^－6/℃，抗彎強(qiáng)度為25.36MPa，顯氣孔率為36.18％。