[發明專利]一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷及制備方法

有效

• 申請號: 201410082914.7
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103894075A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 周向陽;張志敏;肖熳;文向前;龍波;陳春蓮
• 申請（專利權）人: 中南大學;北京礦迪科技有限公司;湖南長重機器股份有限公司
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明特別涉及一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷及制備方法，屬于復合陶瓷濾料制備技術領域。

背景技術

鋼鐵冶金、有色冶金與煤化工等工業領域有大量的高溫煙氣需要凈化處理。包括旋風收塵、電收塵、布袋收塵與濕法常溫凈化等在內的傳統煙氣處理方法，要么存在收塵效果不理想與二次污染的缺陷，要么難直接回收煙氣中的高品位潛熱。為了解決現有高溫收塵中的問題，專利CN101934177B提出了采用顆粒床進行高溫煙氣的凈化，其在處理高溫煙氣的方法確實有其獨特之處，但由于濾料堆積所形成孔隙難阻擋細顆粒粉塵的事實，導致這些專利存在處理后煙氣中依然還有較多的細顆粒粉塵等缺陷。煤氣化發電行業為了提高能源的利用效率，開發了基于多孔陶瓷過濾管的整體煤氣化聯合循環(IGCC)與增壓流化床燃燒聯合循環(PFBC)等潔凈煤發電系統，這些系統顯現出了良好的應用前景；這些系統能否長時間運行的關鍵是過濾管的壽命。陶瓷過濾管所固有的抗熱震性差等缺陷，迫使各國研究人員在尋找提高過濾管性能的方法，如：為了降低陶瓷管的壓降，專利CN10195426B就將陶瓷纖維加入到了過濾管的制備中；為了改善陶瓷管支撐體的燒結性能，專利CN101913874B提出了對制備陶瓷管支撐體的骨料進行預處理。盡管這些改進在一定程度上改善了陶瓷管性能，但是，依然沒有從根本上改變由于陶瓷本身屬性所帶來的陶瓷管易脆、抗熱震性差等問題。為了克服陶瓷的缺陷，專利1314477C提供了一種金屬過濾元件，盡管該材料過濾性能優良，但由于它的制造原料是金屬粉末或合金，從而導致其成本較高。

基于煙氣過濾用陶瓷過濾元件存在熱脆性大等缺陷以及金屬過濾元件的制造成本高的現狀，本發明人經反復研究，并結合陶瓷與高溫耐蝕合金的優點，發明了一種耐高溫腐蝕、抗熱震性良好且制造成本低的、具有梯度孔的非均質復合陶瓷。

發明內容

本發明的目的在于克服現有陶瓷過濾元件存在易脆以及抗熱震性差等問題，而提供一種結構合理、制造成本低、具有良好的抗高溫腐蝕性及優秀的抗熱震性與低壓降特性的具有梯度孔的非均質復合陶瓷及制備方法。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，所述復合陶瓷包括具有梯度孔結構的多孔支撐體以及涂覆在支撐體外表面的表面微孔濾膜層；所述多孔支撐體由金屬陶瓷前驅體顆粒燒結得到；所述表面微孔濾膜層由礦物纖維經造孔、燒結得到。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，所述多孔支撐體中，通過分層布置不同粒徑金屬陶瓷前驅體顆粒、然后燒結，形成梯度孔結構多孔支撐體；梯度孔結構的孔徑，自多孔支撐體的一面向涂覆有微孔濾膜層的表面依次梯次遞減，大孔尺寸為80-100um，小孔尺寸20-40um。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，金屬陶瓷前驅體顆粒由金屬相與陶瓷相按質量百分比：5-10:95～90組成。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，所述陶瓷相的組成成分為：SnO₂-AB₂O₄，其中：AB₂O₄為尖晶石型復合氧化物，A選自Ni、Mg、Co、Zn、Cu、Fe元素中的一種，B選自Fe、Al、Co、Mn、Cr、Ge元素中的一種，且A、B所選擇的元素不相同。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，所述金屬相選自Fe、Ni、Ti、Al、Cr、Cu、Co中的至少2種元素構成的合金，且合金的熔點≥1150℃。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，所述表面微孔濾膜層的厚度為50-200um，濾膜層中微孔孔徑為2nm-5um。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，構成表面微孔濾膜的礦物纖維選自莫來石纖維、氧化鋁纖維、堇青石纖維、尖晶石型復合氧化物纖維中的任意一種。

本發明一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷的制備方法，包括下述步驟：

第一步：金屬陶瓷前驅體顆粒制備用原料的準備