CN104387113A - 一种纤维增强的陶瓷滤芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强的陶瓷滤芯及其制备方法，在多孔陶瓷支撑体上通过化学气相渗透（CVI）的方法，制备了一种纤维增强的表面过滤膜；二者通过烧结合为一体，最终形成的陶瓷滤芯在煤气化过滤除尘工艺过程中，具有低压降及易于脉冲反吹再生的特性。

Description

一种纤维增强的陶瓷滤芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷材料生产技术领域，特别涉及一种纤维增强的陶瓷滤芯及其制备方法。

背景技术

在高温高压下使用的陶瓷滤芯对高温粗煤气进行过滤净化的机理，在众多文献中已多有阐述。在煤炭的高效清洁利用中，需要解决的一个关键问题就是高温过滤除尘技术，高温陶瓷滤芯被认为是解决这一问题最有效的途径。但表面附有过滤膜的滤芯作为过滤装置的核心部件，其失效现象却时有出现，其中一个重要的原因就是表面膜堵孔或脱落。本发明的核心就是在滤芯的表面膜中添加一定数量的陶瓷纤维，达到提高表面膜强度的目的，防止在脉冲反吹再生清洗之中，发生表面膜脱落现象；同时通过原料精选，控制表面膜的孔径，确保过滤畅通。

陶瓷滤芯工作的基本原理是，煤气化产生的高温含尘粗煤气经过滤芯的过滤，把有害的大颗粒粉尘滤掉，干净的煤气进入到下一个环节中使用；被表面膜阻挡滤掉的粉尘颗粒会在滤芯的表面膜上逐渐堆积，这就影响了滤芯的过滤效率，使过滤压降增大。这样，为确保设备的正常运转，就要及时清理并最终更换陶瓷滤芯。

在通常情况下，滤芯可以通过反向加压，脉冲反吹的方法去除掉附着在表面膜上的灰饼。但时间一长，粉尘粒子不仅会在表面膜的表面沉积，同时也会进入到膜体和支撑体之中。随着滤芯使用时间的延长，会有越来越多的粉尘颗粒进入膜体和支撑体之中。这些粉尘颗粒在内部逐渐沉积下来，形成所谓的“架桥”现象。由于反冲洗是由内向外进行的，粉尘颗粒要经过膜壁的漫长路径而被除掉，就需要更大的压力才能完成，于是就会导致滤芯的初试压降升高，及至表面膜脱落，并最终导致滤芯失效。在滤芯报废之前，我们希望有更为长远的使用寿命，这就要求所制备的滤芯更为容易清洗。而清洗干净的标准就是压降稳定，长寿命。所以滤芯是否能够快捷而高效的被冲洗，并保证表面膜完整，就决定了设备能否按预期要求正常运转。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的缺点，提供一种纤维增强的陶瓷滤芯及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种纤维增强的陶瓷滤芯，该滤芯由支撑体和表面膜两部分组成，所述的表面膜涂覆于支撑体上，所述的支撑体含有主料碳化硅，辅料粘结剂和造孔剂，所述的碳化硅主料为粒径精细分级的碳化硅，粒径为250～300μm；所述的粘结剂含有粘土、高岭土及长石，三者之间的重量百分比配比为粘土：4～8%、高岭土：4～8%、长石：2～4%；所述的造孔剂为含量高于90％的紫木节；所述的表面膜采用的原料为粒径为50μm莫来石，所述的支撑体孔径最小40μm，最大50μm；所述的表面膜的厚度最小0.2mm，最大0.4mm，其孔径需小于支撑体孔径，具体数值为最小4μm，最大5μm；

一种纤维增强的陶瓷滤芯的制备方法，该方法如下：

（1）制备SiC陶瓷支撑体：在支撑体中，所述碳化硅主料的重量百分比为85～90％，所述粘结剂的重量百分比为10～15％，所述造孔剂的体积百分比为30～40％，在精细分级的主料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；浆体球磨混合后，经干燥得到粉体，真空热铸成型；将成型后的坯体进行无压烧结，烧结温度为1250～1280^?C，保温时间2小时，气氛为空气气氛，随炉自然冷却得多孔SiC陶瓷支撑体；

（2）制造SiC纤维预制体：利用化学气相渗透的方法，把酚醛树脂和聚碳硅烷按照重量百分比1:1，放入热解碳反应釜中，并进行渗Si处理，当有0.5～1.0μm厚的碳沉积在加热丝上时，停止操作，反应釜关闭并移除介质，整个操作过程都是在1000℃等温反应釜中进行的，单丝SiC纤维的重量控制在1.00～1.10g范围之内；

（3）把20g上述制备的SiC纤维预制体、100g粒径为50μm的莫来石、24g粘结剂在一定去离子水中搅拌均匀，制成表面膜的涂覆悬浮料浆；在支撑体上面涂覆表面膜时，不可将支撑体浸入料浆之中，而是要轻轻多次涂刷；只有这样操作方能确保表面膜中的原料颗粒不能进入支撑体之中，进而影响滤芯的过滤性能；

（4）混有SiC纤维预制体的表面膜料浆涂覆到支撑体后，在有排风的烘箱中150℃烘干1小时，干燥后用尼龙刷子去除表面膜上的浮尘，之后把涂膜后的支撑体放入N2保护的炉中于1300℃烧成，保温4小时即可，出炉后即可制得SiC纤维增强的陶瓷滤芯。

该滤芯形状为一端为盲头，另一端为凹槽开口。

本发明的有益效果是：通过本发明所制得的是具有两层结构的陶瓷滤芯：支撑体和带有纤维增强的表面膜；表面膜的孔径要小于所过滤粉尘颗粒的粒径，确保绝大部分粉尘颗粒不能进入支撑体或滞留在表面膜之上；制备的表面膜是由SiC纤维增强的，保证了在反吹再生过程中表面膜具有足够的强度；表面膜的厚度在0.2～0.4mm之间，平均孔径在4～5μm范围之内，由于表面膜所用粉料粒度经过了严格控制，表面膜孔径均匀，提高了滤芯反吹再生效率；而对于支撑体而言，要求孔径比表面膜的大，保证滤芯的过滤效率；要求强度足够高，保证滤芯的抗压强度；本发明制备的陶瓷滤芯不但强度高，同时低压降、耐腐蚀。

具体实施方式

本实施例为一种纤维增强的陶瓷滤芯，该滤芯由支撑体和表面膜两部分组成，所述的表面膜涂覆于支撑体上，所述的支撑体含有主料碳化硅，辅料粘结剂和造孔剂，所述的碳化硅主料为粒径精细分级的碳化硅，粒径为250～300μm；所述的粘结剂含有粘土、高岭土及长石，三者之间的重量百分比配比为粘土：4～8%、高岭土：4～8%、长石：2～4%；所述的造孔剂为含量高于90％的紫木节；所述的表面膜采用的原料为粒径为50μm莫来石，所述的支撑体孔径最小40μm，最大50μm；所述的表面膜的厚度最小0.2mm，最大0.4mm，其孔径需小于支撑体孔径，具体数值为最小4μm，最大5μm；

一种纤维增强的陶瓷滤芯的制备方法，该方法如下：

（1）制备SiC陶瓷支撑体：在支撑体中，所述碳化硅主料的重量百分比为85～90％，所述粘结剂的重量百分比为10～15％，所述造孔剂的体积百分比为30～40％，在精细分级的主料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；浆体球磨混合后，经干燥得到粉体，真空热铸成型；将成型后的坯体进行无压烧结，烧结温度为1250～1280^?C，保温时间2小时，气氛为空气气氛，随炉自然冷却得多孔SiC陶瓷支撑体；

（2）制造SiC纤维预制体：利用化学气相渗透的方法，把酚醛树脂和聚碳硅烷按照重量百分比1:1，放入热解碳反应釜中，并进行渗Si处理，当有0.5～1.0μm厚的碳沉积在加热丝上时，停止操作，反应釜关闭并移除介质，整个操作过程都是在1000℃等温反应釜中进行的，单丝SiC纤维的重量控制在1.00～1.10g范围之内；

（3）把20g上述制备的SiC纤维预制体、100g粒径为50μm的莫来石、24g粘结剂在一定去离子水中搅拌均匀，制成表面膜的涂覆悬浮料浆；在支撑体上面涂覆表面膜时，不可将支撑体浸入料浆之中，而是要轻轻多次涂刷；只有这样操作方能确保表面膜中的原料颗粒不能进入支撑体之中，进而影响滤芯的过滤性能；

（4）混有SiC纤维预制体的表面膜料浆涂覆到支撑体后，在有排风的烘箱中150℃烘干1小时，干燥后用尼龙刷子去除表面膜上的浮尘，之后把涂膜后的支撑体放入N2保护的炉中于1300℃烧成，保温4小时即可，出炉后即可制得SiC纤维增强的陶瓷滤芯。

该滤芯形状为一端为盲头，另一端为凹槽开口。

通过本发明方法制备的SiC纤维增强陶瓷滤芯的孔隙率为39.2％，强度达到26.2MPa，完全能够保证高温高压条件下对滤芯的使用要求。

Claims (3)

1.一种纤维增强的陶瓷滤芯，其特征是该滤芯由支撑体和表面膜两部分组成，所述的表面膜涂覆于支撑体上，所述的支撑体含有主料碳化硅，辅料粘结剂和造孔剂，所述的碳化硅主料为粒径精细分级的碳化硅，粒径为250～300μm；所述的粘结剂含有粘土、高岭土及长石，三者之间的重量百分比配比为粘土：4～8%、高岭土：4～8%、长石：2～4%；所述的造孔剂为含量高于90％的紫木节；所述的表面膜采用的原料为粒径为50μm莫来石，所述的支撑体孔径最小40μm，最大50μm；所述的表面膜的厚度最小0.2mm，最大0.4mm，其孔径需小于支撑体孔径，具体数值为最小4μm，最大5μm。

2. 一种纤维增强的陶瓷滤芯的制备方法，其特征是该方法如下：

（1）制备SiC陶瓷支撑体：在支撑体中，所述碳化硅主料的重量百分比为85～90％，所述粘结剂的重量百分比为10～15％，所述造孔剂的体积百分比为30～40％，在精细分级的主料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；浆体球磨混合后，经干燥得到粉体，真空热铸成型；将成型后的坯体进行无压烧结，烧结温度为1250～1280^?C，保温时间2小时，气氛为空气气氛，随炉自然冷却得多孔SiC陶瓷支撑体；

（2）制造SiC纤维预制体：利用化学气相渗透的方法，把酚醛树脂和聚碳硅烷按照重量百分比1:1，放入热解碳反应釜中，并进行渗Si处理，当有0.5～1.0μm厚的碳沉积在加热丝上时，停止操作，反应釜关闭并移除介质，整个操作过程都是在1000℃等温反应釜中进行的，单丝SiC纤维的重量控制在1.00～1.10g范围之内；

（3）把20g上述制备的SiC纤维预制体、100g粒径为50μm的莫来石、24g粘结剂在一定去离子水中搅拌均匀，制成表面膜的涂覆悬浮料浆；在支撑体上面涂覆表面膜时，不可将支撑体浸入料浆之中，而是要轻轻多次涂刷；只有这样操作方能确保表面膜中的原料颗粒不能进入支撑体之中，进而影响滤芯的过滤性能；

（4）混有SiC纤维预制体的表面膜料浆涂覆到支撑体后，在有排风的烘箱中150℃烘干1小时，干燥后用尼龙刷子去除表面膜上的浮尘，之后把涂膜后的支撑体放入N2保护的炉中于1300℃烧成，保温4小时即可，出炉后即可制得SiC纤维增强的陶瓷滤芯。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强的陶瓷滤芯，其特征是该滤芯形状为一端为盲头，另一端为凹槽开口。