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一種高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料的制備方法與流程

文檔序號:11929014閱讀:338來源:國知局

本發(fā)明公開了一種高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料的制備方法,屬于多孔陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

在全球經(jīng)濟發(fā)展的浪潮中,環(huán)境與資源是人類遇到的兩大難題,人們對節(jié)省資源、保護環(huán)境的要求越來越高。多孔陶瓷正是適應(yīng)了這種形勢發(fā)展需求的新材料,它能夠提高效率、節(jié)約能源,尤其在環(huán)境保護方面發(fā)揮著越來越大的作用。多孔陶瓷在各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍地體現(xiàn)出了這兩大方面的意義。

多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料、經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料、具有耐高溫,高壓、抗酸、堿和有機介質(zhì)腐蝕,良好的生物惰性、可控的孔結(jié)構(gòu)及高的開口孔隙率、使用壽命長、產(chǎn)品再生性能好等優(yōu)點,可以適用于各種介質(zhì)的精密過濾與分離、高壓氣體排氣消音、氣體分布及電解隔膜等。

多孔陶瓷材料的材質(zhì)種類繁多,由于使用目的不同,對材料的性能要求各異,因此,近年來逐漸開發(fā)出許多不同的制備技術(shù)。其中應(yīng)用比較成功,研究比較活躍的有以下幾種:

添加造孔劑工藝:該工藝通過在陶瓷配料中添加造孔劑,利用造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間,然后經(jīng)過燒結(jié),造孔劑離開基體而成氣孔來制備多孔陶瓷。

有機泡沫浸漬工藝:有機泡沫浸漬法是用有機泡沫浸漬陶瓷漿料,干燥后燒掉有機泡沫,獲得多孔陶瓷的一種方法。

發(fā)泡工藝:發(fā)泡工藝與泡沫浸漬工藝相比,更容易控制制品的形狀、成分和密度,并且可制備各種孔徑大小和形狀的多孔陶瓷,特別適于生產(chǎn)閉氣孔的陶瓷制品。

溶膠-凝膠工藝:溶膠-凝膠法主要用來制備微孔陶瓷材料,特別是微孔陶瓷薄膜。

但是現(xiàn)有技術(shù)制備的多孔陶瓷普遍存在氣孔率低、氣孔分布均勻性差,且制作工藝復(fù)雜,對原料要求高的問題。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)制備的多孔陶瓷存在氣孔率低、氣孔分布均勻性差、制作工藝復(fù)雜、對原料要求高的問題。提供一種高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料的制備方法,該方法將硅石灰、白云石、煤矸石分別制成粉末,再將硅石灰和白云石混合,煤矸石進行熱處理后用混合酸浸泡過濾,得到的濾渣干燥制成干燥物,再將上述混合粉末、干燥物與碳化硅、三氧化二鋁粉末、炭黑及淀粉制成的粉末攪拌均勻,將最后制得的混合粉末裝入不銹鋼模具冷壓成型,將制得的塊體壓坯進行高溫?zé)Y(jié),隨后靜置冷卻至室溫即可得高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料。本發(fā)明原料易得,制備工藝簡單,制成的多孔陶瓷氣孔率可達85%以上,且氣孔分布均勻,適合工業(yè)化生產(chǎn),具有廣闊市場前景。

為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:

(1)稱取200~300g硅石灰,加入球磨機中粉碎30~40min后過篩,得120~130目硅石灰粉末,再稱取30~50g白云石,球磨粉碎后過篩得180~200目白云石粉末,將硅石灰粉末和白云石粉末混合均勻后得混合粉末,備用;

(2)稱取100~120g煤矸石,破碎、粉碎后過篩得100~120目煤矸石粉末,將煤矸石粉末放入馬弗爐中,以升溫速率為5℃/min升溫至300~400℃,熱處理20~25min后冷卻至室溫取出,將熱處理后的煤矸石粉末按固液比1:10加入混合酸中,浸泡1~2h后抽濾得濾渣,將濾渣放入真空烘箱中,在80~90℃干燥6~8h,得干燥物;所述的混合酸是由質(zhì)量分數(shù)5%鹽酸溶液和質(zhì)量分數(shù)50%硫酸溶液按體積比1:1混合;

(3)稱取90~120g碳化硅、50~70g三氧化二鋁粉末,20~30g炭黑,15~20g淀粉,分別將物料球磨粉碎、過篩得120~130目粉末,加入高速混合機中,在800~1000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合5~10min,混合后向高速混合機中加入200~250g步驟(1)備用的混合粉末和70~80g上述干燥物,繼續(xù)混合40~50min后,得混合粉末;

(4)將上述得到的混合粉末裝入不銹鋼模具,在100~300MPa的壓力下冷壓成型,得到塊體壓坯,將塊體壓坯裝入石墨模具中,再置入放電等離子燒結(jié)爐中,系統(tǒng)真空抽至2~6Pa后進行高溫?zé)Y(jié),以升溫速率為8~10℃先升溫至600~800℃,保溫5~10min后再以升溫速率15~20℃/min升溫至1200~1500℃保溫?zé)Y(jié)1~2h,燒結(jié)后冷卻至室溫即可得高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是:在噪音較大的隧道中,將適量膠黏劑涂覆在隧道的建筑墻體上,然后,將本發(fā)明制得的多孔陶瓷切割成大小均勻的板材,均勻貼在墻體上,待膠黏劑干燥、固定,即可形成吸音墻。經(jīng)檢測,該材料氣孔率達85%以上,孔徑大小為2~5μm,空隙平均直徑為30~50μm,空隙大小一致,分布均勻,使用本發(fā)明制得的多孔陶瓷材料隔音后,測得的聲音為30~50分貝,使用3~5年后,陶瓷材料未發(fā)生變形、碎裂、脫落現(xiàn)象,吸音效果無明顯變化。

本發(fā)明的有益效果是:

(1)制備的多孔陶瓷材料孔與孔間空隙小,氣孔分布均勻,氣孔率較高;

(2)制備的多孔陶瓷材料尺寸不受限制,可根據(jù)需求隨意調(diào)節(jié),且制備成本低工藝流程短,可以實現(xiàn)工業(yè)化的要求。

具體實施方式

首先稱取200~300g硅石灰,加入球磨機中粉碎30~40min后過篩,得120~130目硅石灰粉末,再稱取30~50g白云石,球磨粉碎后過篩得180~200目白云石粉末,將硅石灰粉末和白云石粉末混合均勻后得混合粉末,備用;隨后稱取100~120g煤矸石,破碎、粉碎后過篩得100~120目煤矸石粉末,將煤矸石粉末放入馬弗爐中,以升溫速率為5℃/min升溫至300~400℃,熱處理20~25min后冷卻至室溫取出,將熱處理后的煤矸石粉末按固液比1:10加入混合酸中,浸泡1~2h后抽濾得濾渣,將濾渣放入真空烘箱中,在80~90℃干燥6~8h,得干燥物;所述的混合酸是由質(zhì)量分數(shù)5%鹽酸溶液和質(zhì)量分數(shù)50%硫酸溶液按體積比1:1混合;再稱取90~120g碳化硅、50~70g三氧化二鋁粉末,20~30g炭黑,15~20g淀粉,分別將物料球磨粉碎、過篩得120~130目粉末,加入高速混合機中,在800~1000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合5~10min,混合后向高速混合機中加入200~250g上述步驟制得備用的混合粉末和70~80g上述干燥物,繼續(xù)混合40~50min后,得混合粉末;最后將上述得到的混合粉末裝入不銹鋼模具,在100~300MPa的壓力下冷壓成型,得到塊體壓坯,將塊體壓坯裝入石墨模具中,再置入放電等離子燒結(jié)爐中,系統(tǒng)真空抽至2~6Pa后進行高溫?zé)Y(jié),以升溫速率為8~10℃先升溫至600~800℃,保溫5~10min后再以升溫速率15~20℃/min升溫至1200~1500℃保溫?zé)Y(jié)1~2h,燒結(jié)后冷卻至室溫即可得高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料。

實例1

首先稱取200g硅石灰,加入球磨機中粉碎30min后過篩,得120目硅石灰粉末,再稱取30g白云石,球磨粉碎后過篩得180目白云石粉末,將硅石灰粉末和白云石粉末混合均勻后得混合粉末,備用;隨后稱取100g煤矸石,破碎、粉碎后過篩得100目煤矸石粉末,將煤矸石粉末放入馬弗爐中,以升溫速率為5℃/min升溫至300℃,熱處理20min后冷卻至室溫取出,將熱處理后的煤矸石粉末按固液比1:10加入混合酸中,浸泡1h后抽濾得濾渣,將濾渣放入真空烘箱中,在80℃干燥6h,得干燥物;所述的混合酸是由質(zhì)量分數(shù)5%鹽酸溶液和質(zhì)量分數(shù)50%硫酸溶液按體積比1:1混合;再稱取90g碳化硅、50g三氧化二鋁粉末,20g炭黑,15g淀粉,分別將物料球磨粉碎、過篩得120目粉末,加入高速混合機中,在800r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合5min,混合后向高速混合機中加入200g上述步驟制得備用的混合粉末和70g上述干燥物,繼續(xù)混合40min后,得混合粉末;最后將上述得到的混合粉末裝入不銹鋼模具,在100MPa的壓力下冷壓成型,得到塊體壓坯,將塊體壓坯裝入石墨模具中,再置入放電等離子燒結(jié)爐中,系統(tǒng)真空抽至2Pa后進行高溫?zé)Y(jié),以升溫速率為8℃先升溫至600℃,保溫5min后再以升溫速率15℃/min升溫至1200℃保溫?zé)Y(jié)1h,燒結(jié)后冷卻至室溫即可得高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料。

本實例操作簡便,使用時,在噪音較大的隧道中,將適量膠黏劑涂覆在隧道的建筑墻體上,然后,將本發(fā)明制得的多孔陶瓷切割成大小均勻的板材,均勻貼在墻體上,待膠黏劑干燥、固定,即可形成吸音墻。經(jīng)檢測,該材料氣孔率達86%,孔徑大小為2μm,空隙平均直徑為30μm,空隙大小一致,分布均勻,使用本發(fā)明制得的多孔陶瓷材料隔音后,測得的聲音為30分貝,使用3年后,陶瓷材料未發(fā)生變形、碎裂、脫落現(xiàn)象,吸音效果無明顯變化。

實例2

首先稱取250g硅石灰,加入球磨機中粉碎35min后過篩,得125目硅石灰粉末,再稱取40g白云石,球磨粉碎后過篩得190目白云石粉末,將硅石灰粉末和白云石粉末混合均勻后得混合粉末,備用;隨后稱取110g煤矸石,破碎、粉碎后過篩得110目煤矸石粉末,將煤矸石粉末放入馬弗爐中,以升溫速率為5℃/min升溫至350℃,熱處理23min后冷卻至室溫取出,將熱處理后的煤矸石粉末按固液比1:10加入混合酸中,浸泡1.5h后抽濾得濾渣,將濾渣放入真空烘箱中,在85℃干燥7h,得干燥物;所述的混合酸是由質(zhì)量分數(shù)5%鹽酸溶液和質(zhì)量分數(shù)50%硫酸溶液按體積比1:1混合;再稱取105g碳化硅、60g三氧化二鋁粉末,25g炭黑,18g淀粉,分別將物料球磨粉碎、過篩得125目粉末,加入高速混合機中,在900r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合8min,混合后向高速混合機中加入225g上述步驟制得備用的混合粉末和75g上述干燥物,繼續(xù)混合45min后,得混合粉末;最后將上述得到的混合粉末裝入不銹鋼模具,在200MPa的壓力下冷壓成型,得到塊體壓坯,將塊體壓坯裝入石墨模具中,再置入放電等離子燒結(jié)爐中,系統(tǒng)真空抽至4Pa后進行高溫?zé)Y(jié),以升溫速率為9℃先升溫至700℃,保溫8min后再以升溫速率18℃/min升溫至1350℃保溫?zé)Y(jié)1.5h,燒結(jié)后冷卻至室溫即可得高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料。

本實例操作簡便,使用時,在噪音較大的隧道中,將適量膠黏劑涂覆在隧道的建筑墻體上,然后,將本發(fā)明制得的多孔陶瓷切割成大小均勻的板材,均勻貼在墻體上,待膠黏劑干燥、固定,即可形成吸音墻。經(jīng)檢測,該材料氣孔率達87%,孔徑大小為3.5μm,空隙平均直徑為40μm,空隙大小一致,分布均勻,使用本發(fā)明制得的多孔陶瓷材料隔音后,測得的聲音為40分貝,使用4年后,陶瓷材料未發(fā)生變形、碎裂、脫落現(xiàn)象,吸音效果無明顯變化。

實例3

首先稱取300g硅石灰,加入球磨機中粉碎40min后過篩,得130目硅石灰粉末,再稱取50g白云石,球磨粉碎后過篩得200目白云石粉末,將硅石灰粉末和白云石粉末混合均勻后得混合粉末,備用;隨后稱取120g煤矸石,破碎、粉碎后過篩得120目煤矸石粉末,將煤矸石粉末放入馬弗爐中,以升溫速率為5℃/min升溫至400℃,熱處理25min后冷卻至室溫取出,將熱處理后的煤矸石粉末按固液比1:10加入混合酸中,浸泡2h后抽濾得濾渣,將濾渣放入真空烘箱中,在90℃干燥8h,得干燥物;所述的混合酸是由質(zhì)量分數(shù)5%鹽酸溶液和質(zhì)量分數(shù)50%硫酸溶液按體積比1:1混合;再稱取120g碳化硅、70g三氧化二鋁粉末,30g炭黑,20g淀粉,分別將物料球磨粉碎、過篩得130目粉末,加入高速混合機中,在1000r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合10min,混合后向高速混合機中加入250g上述步驟制得備用的混合粉末和80g上述干燥物,繼續(xù)混合50min后,得混合粉末;最后將上述得到的混合粉末裝入不銹鋼模具,在300MPa的壓力下冷壓成型,得到塊體壓坯,將塊體壓坯裝入石墨模具中,再置入放電等離子燒結(jié)爐中,系統(tǒng)真空抽至6Pa后進行高溫?zé)Y(jié),以升溫速率為10℃先升溫至800℃,保溫10min后再以升溫速率20℃/min升溫至1500℃保溫?zé)Y(jié)2h,燒結(jié)后冷卻至室溫即可得高氣孔率復(fù)相多孔陶瓷材料。

本實例操作簡便,使用時,在噪音較大的隧道中,將適量膠黏劑涂覆在隧道的建筑墻體上,然后,將本發(fā)明制得的多孔陶瓷切割成大小均勻的板材,均勻貼在墻體上,待膠黏劑干燥、固定,即可形成吸音墻。經(jīng)檢測,該材料氣孔率達88%,孔徑大小為5μm,空隙平均直徑為50μm,空隙大小一致,分布均勻,使用本發(fā)明制得的多孔陶瓷材料隔音后,測得的聲音為50分貝,使用5年后,陶瓷材料未發(fā)生變形、碎裂、脫落現(xiàn)象,吸音效果無明顯變化。

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