专利名称：高强度无机分离膜用多孔陶瓷支撑体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度无机分离膜用多孔陶瓷支撑体及其制备方法，属陶瓷材料技术领域。
背景技术：
任何化学化工和冶金反应过程总是包含原料的纯化和产品的提取、浓缩、净化以及废物的处理和循环应用等环节。这一切都要用到分离工艺，而且往往涉及高温高压和其他恶劣环境。作为一类新型绿色科技的膜材料，无机分离膜比起高聚物膜有一系列的特点热稳定性好，化学稳定性好，强度高，结构造型稳定，可进行酸碱或热蒸汽清洗、高压反冲等再生操作。为适应不同分离过滤的目的，在多孔陶瓷支撑体上面要覆盖一层不同孔径的无机膜，但这样的无机膜无法单独支撑外加压力(＞20MPa)的变化。因此，表面无机膜必须有支撑体来支撑，要求支撑体的强度要足够的高。由于碳化硅多孔陶瓷具有膨胀系数低，抗热震性强，高温下良好的机械和化学稳定性等特点，其作为无机膜的支撑体被广泛应用在催化剂载体以及气固分离和熔融金属的分离过滤方面。
根据使用条件，要求无机分离膜必须能承受气流化学特性变化、组分变化及喷入极细尘粒时振动的影响，并保持较高的除尘效率，保持高流量及低压降特性；同时要求无机分离膜能承受机械夹紧力、因气流脉冲喷射清洗引起的振动力和热应力。要求选择的无机分离膜不仅要具有热的、化学的、机械的稳定性，还应具有耐用性和较高可靠性。当存在气相硫、碱、氯元素腐蚀时，要求无机分离膜具有很高的相对稳定性。因此，在高温高压等恶劣的条件下，对无机分离膜的强度有较高的要求，这种强度的要求就直接落实到多孔陶瓷支撑体的上面。(可否加入一段现有技术制备多孔陶瓷支撑体的工艺，并指出其不足)。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高强度、高化学稳定性和较大孔隙率、较为均匀孔径分布的无机分离膜用多孔陶瓷支撑体材料及其制备方法。
本发明提出的高强度无机分离膜用多孔碳化硅陶瓷支撑体，其特征在于所述陶瓷支撑体含有预制的碳化硅骨料，粘结剂和造孔剂；所述碳化硅骨料的重量百分比为90-95％，所述粘结剂的重量百分比为5-10％，所述造孔剂的体积百分比为35-50％。
在上述的多孔碳化硅陶瓷支撑体中，所述碳化硅骨料为β相碳化硅，粒径为200-300um。
在上述的多孔碳化硅陶瓷支撑体中，所述粘结剂是釉式为0.3K2O(0.7CaO).0.6Al2O3.4.5SiO2长石质釉料。
在上述的多孔碳化硅陶瓷支撑体中，所述造孔剂为含量不低80％的十二烷基苯磺酸钠。
在上述的多孔碳化硅陶瓷支撑体中，所述预制碳化硅骨料通过以下工艺制备将SiC粉倒入球磨机进行湿球磨，充分混合后，经干燥、半干压成型，在980-1020℃下煅烧2-2.5小时，随炉自然冷却后，经粉碎、筛选分级制备成不同颗粒等级的β相碳化硅骨料。
本发明提出的多孔碳化硅陶瓷支撑体的制备方法，其特征在于，在预制的β相碳化硅骨料粉末中加入粘结剂，并同时加入造孔剂，其具体制备方法包括以下各步骤(1)原料混合处理在预制的骨料β相碳化硅粉末中加入粘结剂和造孔剂，配成混合粉体，加入去离子水配成浆体；(2)将步骤1的浆体球磨后在高温下干燥得到粉体，过筛，干压或冷等静压成型；(3)将成型后的粉体进行无压烧结，烧结温度为1280-1360℃，保温时间2-6小时，气氛为氧化气氛，随炉自然冷却得多孔碳化硅陶瓷支撑体。
由于本发明通过原料的严格分级形成骨料并利用特殊工艺添加粘结剂和造孔剂等技术，能极大提高多孔材料的强度及孔隙率。所制备的碳化硅多孔陶瓷具有膨胀系数低，抗热震性强，高温下良好的机械和化学稳定性等优异综合性能。利用多孔碳化硅材料制备的无机分离膜具有孔隙率高、硬度高、耐磨且工作过程中不发生化学变化等特点，因而从材质上降低了无机分离膜在使用过程中出现的由于高温磨损、硬度下降、脆性大而导致失效的几率，提高了无机分离膜的使用寿命和使用效果。此外采用无压烧结方法同时提高了多孔陶瓷支撑体的生产效率，降低了生产成本。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明预制碳化硅骨料的方法将SiC粉倒入球磨机进行湿球磨，充分混合后，经干燥、半干压成型，在980℃下煅烧2小时，随炉自然冷却后，经粉碎、筛选分级制备成200um，250um和300um不同颗粒等级的β相碳化硅骨料。
实施例一将95克粒径为300umβ相碳化硅骨料，5克长石质釉料和40Vol.％十二烷基苯磺酸钠混合，倒入200ml去离子水中进行球磨24小时。浆料在双锥式回转真空干燥仪中80℃干燥24小时，过筛造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，填充到钢制模具中，在200MPa的压力下加压成圆筒型支撑体。坯体放入炉内刚玉坩锅中，在1320℃，保温6h的条件下烧成，随炉自然冷却，制备一种多孔碳化硅陶瓷支撑体。
测试结果是利用粒径300umβ相SiC陶瓷骨料，添加5wt％粘接剂，采用40Vol.％十二烷基苯磺酸钠作为造孔剂，在1320℃，保温6h的烧成条件下，制备的SiC多孔陶瓷支撑体的孔隙率为45％，平均孔径是60um，强度达到22MPa。
实施例二将95克粒径为200umβ相碳化硅骨料，5克长石质釉料和35Vol.％十二烷基苯磺酸钠混合，倒入200ml去离子水中进行球磨24小时。浆料在双锥式回转真空干燥仪中80℃干燥24小时，过筛造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，填充到钢制模具中，在200MPa的压力下加压成圆筒型支撑体。坯体放入炉内刚玉坩锅中，在1280℃，保温6h的条件下烧成，随炉自然冷却，制备另一种多孔碳化硅陶瓷支撑体。
测试结果是利用粒径200umβ相SiC陶瓷骨料，添加5wt％粘接剂，采用35Vol.％十二烷基苯磺酸钠作为造孔剂，在1280℃，保温6h的烧成条件下，制备的SiC多孔陶瓷支撑体的孔隙率为36％，平均孔径是40um，强度达到23.6MPa。
实施例三将90克粒径为300umβ相碳化硅骨料，10克长石质釉料和35Vol.％十二烷基苯磺酸钠混合，倒入200ml去离子水中进行球磨24小时。浆料在双锥式回转真空干燥仪中80℃干燥24小时，过筛造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，填充到钢制模具中，在200MPa的压力下加压成圆筒型支撑体。坯体放入炉内刚玉坩锅中，在1300℃，保温4h的条件下烧成，随炉自然冷却，制备一种多孔碳化硅陶瓷支撑体。
测试结果是利用粒径300umβ相SiC陶瓷骨料，添加10wt％粘接剂，采用35Vol.％十二烷基苯磺酸钠作为造孔剂，在1300℃，保温4h的烧成条件下，制备的SiC多孔陶瓷支撑体的孔隙率为43％，平均孔径是58um，强度达到24.5MPa。
实施例四将90克粒径为250umβ相碳化硅骨料，10克长石质釉料和40Vol.％十二烷基苯磺酸钠混合，倒入200ml去离子水中进行球磨24小时。浆料在双锥式回转真空干燥仪中80℃干燥24小时，过筛造粒。按实际所需称取相应重量的粉料，填充到钢制模具中，在200MPa的压力下加压成圆筒型支撑体。坯体放入炉内刚玉坩锅中，在1320℃，保温4h的条件下烧成，随炉自然冷却，制备一种多孔碳化硅陶瓷支撑体。
测试结果是利用粒径250umβ相SiC陶瓷骨料，添加l0wt％粘接剂，采用40Vol.％十二烷基苯磺酸钠作为造孔剂，在1320℃，保温4h的烧成条件下，制备的SiC多孔陶瓷支撑体的孔隙率为44.7％，平均孔径是57um，强度达到26.4MPa。完全能够保证高温高压使用条件下对支撑体的要求。
权利要求
1.高强度无机分离膜用多孔碳化硅陶瓷支撑体，其特征在于所述陶瓷支撑体含有预制的碳化硅骨料，粘结剂和造孔剂；所述碳化硅骨料的重量百分比为90-95％，所述粘结剂的重量百分比为5-10％，所述造孔剂的体积百分比为35-50％。
2.按照权利要求1所述的多孔碳化硅陶瓷支撑体，其特征在于所述碳化硅骨料为β相碳化硅，粒径为200-300um。
3.按照权利要求1所述的多孔碳化硅陶瓷支撑体，其特征在于所述粘结剂是釉式为0.3K2O(0.7CaO).0.6Al2O3.4.5SiO2长石质釉料。
4.按照权利要求1所述的多孔碳化硅陶瓷支撑体，其特征在于所述造孔剂为含量不低80％的十二烷基苯磺酸钠。
5.按照权利要求1所述的多孔碳化硅陶瓷支撑体，其特征在于所述预制碳化硅骨料通过以下工艺制备将SiC粉倒入球磨机进行湿球磨，充分混合后，经干燥、半干压成型，在980-1020℃下煅烧2-2.5小时，随炉自然冷却后，经粉碎、筛选分级制备成不同颗粒等级的β相碳化硅骨料。
6.制备如权利要求1所述的多孔碳化硅陶瓷支撑体的方法，其特征在于，在预制的β相碳化硅骨料粉末中加入粘结剂，并同时加入造孔剂，其具体制备方法包括以下各步骤(1)原料混合处理在预制的骨料β相碳化硅粉末中加入粘结剂和造孔剂，配成混合粉体，加入去离子水配成浆体；(2)将步骤1的浆体球磨后在高温下干燥得到粉体，过筛，干压或冷等静压成型；(3)将成型后的粉体进行无压烧结，烧结温度为1280-1360℃，保温时间2-6小时，气氛为氧化气氛，随炉自然冷却得多孔碳化硅陶瓷支撑体。
全文摘要
本发明涉及一种高强度无机分离膜用多孔陶瓷支撑体及其制备方法。所述陶瓷支撑体含有预制的碳化硅骨料，粘结剂和造孔剂；所述碳化硅骨料的重量百分比为90－95％，所述粘结剂的重量百分比为5－10％，所述造孔剂的体积百分比为35－50％。所述制备方法是在预制的β相碳化硅骨料粉末中加入粘结剂和造孔剂，球磨、干燥、干压或冷等静压成型；将成型后的粉体进行无压烧结，烧结温度为1280－1360℃，保温时间2－6小时。由于本发明通过原料的严格分级形成骨料并利用特殊工艺添加粘结剂和造孔剂等技术，能大大提高多孔材料的强度及孔隙率。所制备的碳化硅多孔陶瓷具有膨胀系数低，抗热震性强，高温下良好的机械和化学稳定性等优异性能。
文档编号C04B35/626GK1793040SQ20061001119
公开日2006年6月28日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者李建保, 梁龙, 林红, 郭钢锋, 何明生 申请人:清华大学