專利名稱：潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷的制備方法，具體地說是涉及一種用于煤炭氣化發(fā)電領(lǐng)域的潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷過濾管因其結(jié)構(gòu)是多孔質(zhì)同時具有耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度的特性而用于煤炭氣化發(fā)電等高溫環(huán)境下煤氣的過濾。陶瓷過濾管的制備大多以SiC粒子為主成分，使用粘土、滑石等天然原料作為結(jié)合劑連接SiC粒子；由于過濾管要捕捉的粉塵粒子尺寸很小，這時就要使用膜，歷來膜的原材料使用陶瓷微粉制成漿料，再將其涂覆于以SiC粒子為載體的過濾管表面，成膜，干燥后燒結(jié)。歷來過濾管載體制作采用混合高嶺土粘土、滑石、碳酸鈣等天然原料作為結(jié)合劑，但其做出的過濾管載體缺乏高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，且機(jī)械強(qiáng)度也差；而通常制備陶瓷過濾管的成形工藝采取擠壓成形或干式加壓成形，燒結(jié)采取固相燒結(jié)或液相燒結(jié)，但擠壓成形和干式加壓成形法不能有效利用液相體表面張力來形成足夠多的SiC粒子結(jié)合部以外的氣孔空間，空氣通過產(chǎn)生的壓力損失較大，其彎曲強(qiáng)度較小；固相燒結(jié)時物質(zhì)移動速度小，不能過多形成支持體粒子結(jié)合部以外的氣孔空間，同時空氣通過產(chǎn)生的壓力損失較大，特別是采用澆注法制作長尺寸陶瓷過濾管，其強(qiáng)度及空氣通過產(chǎn)生的壓力損失均很難保證；膜的燒制條件要求膜必須具有一定的強(qiáng)度、透氣率和完整性，但由于燒結(jié)時膜與陶瓷過濾管素模的收縮率不一，容易造成龜裂。目前，關(guān)于制作強(qiáng)度符合要求的長尺寸陶瓷過濾管和膜的技術(shù)方案，還未見記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種以SiC粒子為主成分，以Al2O3等氧化物為結(jié)合劑的液相氧化物，采用長尺寸澆鑄成形的液相燒結(jié)方法制備具有耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和透氣性良好的潔凈氣體高溫高性能的陶瓷過濾管。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備流程為制作氧化物液相燒結(jié)劑→制作以SiC粒子為主要微觀結(jié)構(gòu)支撐體的陶瓷過濾管→制作莫來石纖維膜→涂膜→燒結(jié)制得陶瓷過濾管。
本發(fā)明潔凈氣體高溫高性能的陶瓷過濾管及制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果由于本發(fā)明利用液相連接主成分粒子，可形成粒子結(jié)合部以外作為過濾管使用時氣體通道的空間，氣孔內(nèi)不存在多余的燒結(jié)助劑，氣孔確保有氣體通過率的空間；本發(fā)明采用了以Al2O3為主成分的氧化液相結(jié)合劑，可保持結(jié)合相的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性，副成分SiO2、CaO、MgO的作用是液相形成劑，副成分Y2O3、ZrO2可提高液相的耐堿性，副成分TiO2、B2O3可降低液相生成的溫度。本發(fā)明方法制作的膜的強(qiáng)度、透氣率和完整性均符合要求。本發(fā)明潔凈氣體高溫陶瓷過濾管制備容易，成本低，可廣泛應(yīng)用于煤炭氣化發(fā)電等方面的高溫高性能的氣體過濾。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備方法特征在于制備流程為制作氧化物液相燒結(jié)劑→制作以SiC粒子為主要微觀結(jié)構(gòu)載體的陶瓷過濾管→制作莫來石纖維膜→涂膜→燒結(jié)制得陶瓷過濾管，所述的制備氧化物液相燒結(jié)劑是將可保持機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性的主成分Al2O370～90％、可以使液相形成的第2成分SiO23.5～4.5％、CaO1.5～3％、MgO0.5～2％、可提高液相耐堿性的第3成分Y2O30～1.5％、ZrO20～1.5％、可降低液相生成溫度的第4成分B2O30～1.5％、TiO20～1.5％混合，在球磨機(jī)中加蒸餾水混合、粉碎24小時，將漿料澆注在石膏模上待干燥取出后，以1350℃～1450℃溫度在空氣中燒結(jié)2小時，得氧化物液相燒結(jié)劑；所述的制備SiC為主要微觀結(jié)構(gòu)載體的陶瓷過濾管是將粒徑為250～350微米的SiC粒子35～45％、1000目的SiC粉末3.5～4.5％、氧化物液相形成劑3.5～4.5％洋芋粉0.5～1.5％、離子交換水35～45％混合制成漿料，澆注入石膏模后干燥，制得長度為1～1.5米、外徑55～65毫米、壁厚8～12毫米一端封閉的管狀成形載體；所述的制備多結(jié)晶莫來石纖維外層膜是將粒徑為3.5-4.5微米、長20～40微米的多結(jié)晶莫來石纖維8～10％、氧化物液相燒結(jié)劑0.5～1.5％、分散劑0.01％、離子交換水85～95％混合攪拌成漿料；所述的涂膜是將制得的多結(jié)晶莫來石漿料涂覆在制得的陶瓷過濾管載體外表面；所述的燒結(jié)是將干燥的長尺寸過濾管垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1350℃～1450℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
所述的制備氧化物液相燒結(jié)劑還可以是將主成分Al2O377～89％、第2成分SiO23.8～4.2％、CaO2～2.5％、MgO1～1.5％、第3成分Y2O30.8～1.2％、ZrO20.8～1.2％、第4成分B2O30.8～1.2％、TiO20.8～1.2％混合；所述的制備碳化硅多孔體陶瓷過濾管還可以是將粒徑為280～320微米的SiC粒子38～42％、1000目的SiC粉末3.8～4.2％、氧化物液相形成劑3.8～4.2％、洋芋粉0.8～1.2％、離子交換水38～42％、粘土6～10％、碳酸鈣4～8％、滑石2～6％混合制成漿料，澆注入石膏模后干燥，制得長度為1～1.5米、外徑55～65毫米、壁厚9～10毫米的一端封閉的管狀成形載體；所述的制備多結(jié)晶莫來石纖維外層膜是將粒徑為3.8～4.2微米、長30～35微米的多結(jié)晶莫來石纖維9～10％、已制得的氧化物液相燒結(jié)劑0.8～1.2％、分散劑0.01％、離子交換水89～92％混合攪拌成漿料；所述的燒結(jié)是將干燥的長尺寸過濾管垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1380℃～1420℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
所述的洋芋粉是提前溶于40℃～60℃的熱水中制得濃度為10％的水溶液。
所述的涂膜厚度是100～300微米。
所述的陶瓷過濾管的微觀結(jié)構(gòu)是由含80～89％Al2O3的氧化物液相燒結(jié)劑在1400℃溫度下空氣燒結(jié)生成液相的氧化物將陶瓷管主成分碳化硅晶體連接起來構(gòu)成多孔體；所述的莫來石纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)是由含多結(jié)晶莫來石纖維8～10％、氧化物液相燒結(jié)劑0.8～1％、分散劑0.01％、離子交換水89～92％混合涂覆在陶瓷過濾管素模外表面并在1400℃溫度下空氣燒結(jié)生成液相的氧化物將多結(jié)晶莫來石纖維晶體連接起來構(gòu)成的多孔體。
所述的澆鑄成形的陶瓷過濾管漿料在干燥固化過程中，漿料中的水分在表面張力的作用下移動至SiC粒子結(jié)合部位干燥，燒結(jié)助劑微粉和水分一起移動至結(jié)合部位凝縮，形成SiC粒子結(jié)合部以外的氣孔空間。這個空間就是作為過濾管使用時氣體的通道。
所述的成形后的陶瓷過濾管進(jìn)行液相燒結(jié)，因燒結(jié)溫度燒結(jié)助劑生成液體，物質(zhì)流動性好，燒結(jié)助劑全體可覆蓋SiC粒子表面，移動至SiC粒子的結(jié)合部位，形成Sic粒子結(jié)合部以外的氣孔空間，并且氣孔內(nèi)不存在多余的燒結(jié)助劑，氣孔有確保氣體通過率的空間。
實施例1。
(一)制取氧化物液相燒結(jié)劑取低Na的Al2O3粉77份，高嶺土(SiO263％，Al2O336％)10份，碳酸鈣(CaO56％)8份，滑石(SiO260％，MgO30％，Al2O36％，CaO1％)8份。
添加入Y2O3、ZrO2、B2O3、TiO2各1份，用球磨與蒸餾水一起粉碎混合24小時。
將獲得的漿料倒在石膏板上，干燥后取出，以1350℃、在空氣中燒結(jié)2小時，制得密度為3.55g/cm3、彎曲強(qiáng)度為174Mpa的氧化物液相燒結(jié)劑。
(二)制取陶瓷過濾管載體取平均粒徑300微米的SiC粒子100份，1000目的SiC粉末10份，氧化物液相燒結(jié)劑10份，洋芋粉2份，離子交換水100份。將洋芋粉提前溶于50℃的熱水制成濃度為10％的水溶液，將上述原料混合均勻制成漿料，此漿料澆注在石膏模上制得長1米、外徑55毫米、壁厚8毫米一端封閉的陶瓷過濾管；(三)制取多結(jié)晶莫來石纖維外層膜取粒徑為3.5微米、長20微米的多結(jié)晶莫來石纖維8％、采用已制得的氧化物液相燒結(jié)劑0.5％、分散劑0.01％、離子交換水85％混合攪拌成漿料；(四)涂膜將制得的多結(jié)晶莫來石漿料涂覆在制得的陶瓷過濾管載體外表面，膜厚度為100微米；(五)燒結(jié)將干燥的長尺寸過濾管垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1350℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
本實施例制得的陶瓷過濾管彎曲度為4.5毫米。
實施例2。
(一)制取氧化物液相燒結(jié)劑取低Na的Al2O3粉79份，高嶺土(SiO263％，Al2O336％)10份，碳酸鈣(CaO56％)6份，滑石(SiO260％，MgO30％，Al2O36％，CaO1％)6份。
添加入Y2O3、ZrO2、B2O3、TiO2各0.8份，用球磨與蒸餾水一起粉碎混合24小時。
將獲得的漿料倒在石膏板上，干燥后以1380℃、在空氣中燒結(jié)2小時，制得密度為3.60g/cm3、彎曲強(qiáng)度為275Mpa的氧化物液相燒結(jié)劑。
(二)制取陶瓷過濾管載體取平均粒徑300微米的SiC粒子100份，1000目的SiC粉末10份，氧化物液相燒結(jié)劑10份，洋芋粉2份，離子交換水100份。將洋芋粉提前溶于55℃的熱水制成濃度為10％的水溶液，將上述原料混合均勻制成漿料，此漿料澆注在石膏模上干燥后取出，制得長1.2米、外徑60毫米、壁厚10毫米一端封閉的陶瓷過濾管。
(三)制取多結(jié)晶莫來石纖維外層膜取粒徑為4微米、長30微米的多結(jié)晶莫來石纖維9％、采用已制得的氧化物液相燒結(jié)劑0.8％、分散劑0.01％、離子交換水90％混合攪拌成漿料；(四)涂膜將制得的多結(jié)晶莫來石漿料涂覆在制得的陶瓷過濾管載體外表面，膜厚度為150微米；(五)燒結(jié)將干燥的長尺寸過濾管垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1380℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
本實施例制得的陶瓷過濾管彎曲度為2.5毫米。
實施例3。
(一)制取氧化物液相燒結(jié)劑取低Na的Al2O3粉82份，高嶺土(SiO263％，Al2O336％)6份，碳酸鈣(CaO56％)4份，滑石(SiO260％，MgO30％，Al2O36％，CaO1％)4份。
添加入Y2O3、ZrO2、B2O3、TiO2各1份，用球磨與蒸餾水一起粉碎混合24小時。
將獲得的漿料倒在石膏板上，干燥后以1400℃、在空氣中燒結(jié)2小時，制得密度為3.60g/cm3、彎曲強(qiáng)度為280Mpa的氧化物液相燒結(jié)劑。
(二)制取陶瓷過濾管載體取平均粒徑300微米的SiC粒子100份，1000目的SiC粉末10份，氧化物液相燒結(jié)劑10份，洋芋粉2份，離子交換水100份。將洋芋粉提前溶于60℃的熱水制成濃度為10％的水溶液，將上述原料混合均勻制成漿料，此漿料澆注在石膏模上干燥后取出，制得長1.3米、外徑65毫米、壁厚10毫米一端封閉的陶瓷過濾管。
(三)制取多結(jié)晶莫來石纖維外層膜取粒徑為4.5微米、長35微米的多結(jié)晶莫來石纖維10％、采用已制得的氧化物液相燒結(jié)劑1.2％、分散劑0.01％、離子交換水90％混合攪拌成漿料；(四)涂膜將制得的多結(jié)晶莫來石漿料涂覆在制得的陶瓷過濾管載體外表面，膜厚度為200微米；(五)燒結(jié)將干燥的長尺寸過濾管垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1400℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
本實施例制得的陶瓷過濾管彎曲度為0.6毫米。
實施例4。
(一)制取氧化物液相燒結(jié)劑取低Na的Al2O3粉89份，高嶺土(SiO263％，Al2O336％)5份，碳酸鈣(CaO56％)3份，滑石(SiO260％，MgO30％，Al2O36％，CaO1％)3份。
添加入Y2O3、ZrO2、B2O3、TiO2各1份，用球磨與蒸餾水一起粉碎混合24小時。
將獲得的漿料倒在石膏板上，干燥后以1450℃、在空氣中燒結(jié)2小時，制得密度為3.62g/cm3、彎曲強(qiáng)度為285Mpa的氧化物液相燒結(jié)劑。
(二)制取陶瓷過濾管載體取平均粒徑300微米的SiC粒子100份，1000目的SiC粉末10份，氧化物液相燒結(jié)劑10份，洋芋粉2份，離子交換水100份。將洋芋粉提前溶于55℃的熱水制成濃度為10％的水溶液，將上述原料混合均勻制成漿料，此漿料澆注在石膏模上制得長1.5米、外徑60毫米、壁厚10毫米一端封閉的陶瓷過濾管。
(三)制取多結(jié)晶莫來石纖維外層膜取粒徑為4微米、長40微米的多結(jié)晶莫來石纖維10％、采用已制得的氧化物液相燒結(jié)劑1.5％、分散劑0.01％、離子交換水95％混合攪拌成漿料；(四)涂膜將制得的多結(jié)晶莫來石漿料涂覆在制得的陶瓷過濾管載體外表面，膜厚度為150微米；(五)燒結(jié)將干燥的長尺寸過濾管垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1450℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
本實施例制得的陶瓷過濾管彎曲度為0.5毫米。
權(quán)利要求
1.一種潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備方法，其特征在于制備流程為制作氧化物液相燒結(jié)劑→制作以SiC粒子為主要微觀結(jié)構(gòu)載體的陶瓷過濾管→制作莫來石纖維膜→涂膜→燒結(jié)制得陶瓷過濾管，所述的制備氧化物液相燒結(jié)劑是將可保持機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性的主成分Al2O370～90％、可以使液相形成的第2成分SiO23.5～4.5％、CaO1.5～3％、MgO0.5～2％、可提高液相耐堿性的第3成分Y2O30～1.5％、ZrO20～1.5％、可降低液相生成溫度的第4成分B2O30～1.5％、TiO20～1.5％混合，在球磨機(jī)中加蒸餾水混合、粉碎24小時，將漿料澆注在石膏模上待干燥后取出，以1350℃～1450℃溫度在空氣中燒結(jié)2小時，得氧化物液相燒結(jié)劑；所述的制備SiC為主要微觀結(jié)構(gòu)載體的陶瓷過濾管是將粒徑為250～350微米的SiC粒子35～45％、1000目的SiC粉末3.5～4.5％、氧化物液相形成劑3.5～4.5％、洋芋粉0.5～1.5％、離子交換水35～45％混合制成漿料，澆注入石膏模后干燥，制得長度為1～1.5米、外徑55～65毫米、壁厚8～12毫米一端封閉的管狀成形載體；所述的制備多結(jié)晶莫來石纖維外層膜是將粒徑為3.5-4.5微米、長20～40微米的多結(jié)晶莫來石纖維8～10％、已制得的氧化物液相燒結(jié)劑0.5～1.5％、分散劑0.01％、離子交換水85～95％混合攪拌成漿料；所述的涂膜是將制得的多結(jié)晶莫來石漿料涂覆在制得的陶瓷過濾管載體外表面；所述的燒結(jié)是將干燥的長尺寸管狀載體垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1350℃～1450℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
2.如權(quán)利要求1所述的潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備方法，其特征在于所述的所述的制備氧化物液相燒結(jié)劑還可以是將主成分Al2O377～89％、第2成分SiO23.8～4.2％、CaO2～2.5％、MgO1～1.5％、第3成分Y2O30.8～1.2％、ZrO20.8～1.2％、第4成分B2O30.8～1.2％、TiO20.8％～1.2混合；所述的制備碳化硅多孔體陶瓷過濾管還可以是將粒徑為280～320微米的SiC粒子38～42％、1000目的SiC粉末3.8～4.2％、氧化物液相形成劑3.8～4.2％、洋芋粉0.8～1.2％、離子交換水38～42％、粘土6～10％、碳酸鈣4～8％、滑石2～6％混合制成漿料，澆注入石膏模后干燥，制得長度為1～1.5米、外徑55～65毫米、壁厚9～10毫米的一端封閉的管狀成形載體；所述的制備多結(jié)晶莫來石纖維外層膜是將粒徑為3.8～4.2微米、長30～35微米的多結(jié)晶莫來石纖維9～10％、已制得的氧化物液相燒結(jié)劑0.8～1.2％、分散劑0.01％、離子交換水89～92％混合攪拌成漿料；所述的燒結(jié)是將干燥的長尺寸管狀載體垂直置于可升降支撐臺上，以每小時250毫米的速度插入預(yù)先保溫在1380℃～1420℃的電爐中，采用區(qū)域式燒結(jié)法進(jìn)行燒結(jié)，制得碳化硅多孔體陶瓷過濾管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管，其特征在于所述的洋芋粉是提前溶于40℃～60℃的熱水中制得濃度為10％的水溶液。
4.如權(quán)利要求1或2所述的潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管，其特征在于所述的涂膜厚度是100～300微米。
5.如權(quán)利要求1所述的潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管，其特征在于所述的陶瓷過濾管的微觀結(jié)構(gòu)是由含80～89％Al2O3的氧化物液相燒結(jié)劑在1400℃溫度下空氣燒結(jié)生成液相的氧化物將陶瓷管主成分碳化硅晶體連接起來構(gòu)成多孔體；所述的莫來石纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)是由含多結(jié)晶莫來石纖維8～10％、氧化物液相燒結(jié)劑0.8～1％、分散劑0.01％、離子交換水89～92％混合涂覆在陶瓷過濾管載體外表面并在1400℃溫度下空氣燒結(jié)生成液相的氧化物將多結(jié)晶莫來石纖維晶體連接起來構(gòu)成的多孔體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷過濾管制備方法，具體地說是涉及一種用于煤炭氣化發(fā)電領(lǐng)域的潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管及制備方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明潔凈高溫氣體用陶瓷過濾管制備流程為制作氧化物液相燒結(jié)劑→制作以SiC粒子為主要微觀結(jié)構(gòu)載體的陶瓷過濾管→制作莫來石纖維膜→涂膜→燒結(jié)制得陶瓷過濾管。本發(fā)明有如下有益效果本發(fā)明利用氧化物形成粒子結(jié)合部以外作為過濾管使用時氣體通道的空間，氣孔內(nèi)不存在多余的燒結(jié)助劑，氣孔確保有氣體通過率的空間；可保持結(jié)合相的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性，液相形成容易，本發(fā)明膜的強(qiáng)度、透氣率和完整性均符合要求。本發(fā)明潔凈氣體高溫陶瓷過濾管制備容易，成本低，可廣泛應(yīng)用于煤炭氣化發(fā)電等方面的高溫高性能的氣體過濾。
文檔編號B01D46/24GK1714909SQ20051002089
公開日2006年1月4日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者鐵生年, 李建保, 島井駿藏, 宣俊剛, 莫鵬君, 左劍峰, 陳列 申請人:青海大學(xué), 鐵生年