[發明專利]一種氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410491594.0
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104261868A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 徐慢;沈凡;季家友;陳常連;石和彬;曹宏;薛俊;王樹林;安子博;趙靜;吳庭;王亮;祝云
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/584;C04B35/622
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料技術領域，具體的是涉及一種氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜的制備方法。

背景技術

膜技術是當代新型高效分離技術，與傳統分離技術比較，具有高效、節能、環境友好、耐久等特點，已廣泛應用與能源、電子、石油化工、醫藥衛生、環境等領域。無機陶瓷膜相比有機膜具有耐高溫、化學穩定性好等特點成為膜技術的重要發展方向。

圍繞無機陶瓷膜材料，目前已經主要形成了氧化鋁陶瓷、碳化硅陶瓷膜兩大發展方向，其技術特點是以氧化鋁或者碳化硅為骨料，以莫來石或堇青石為粘結劑，復合造孔劑，通過高溫燒結形成無機陶瓷膜產品，在生活污水處理、高溫氣體除塵等領域開展了應用。但是隨著無機陶瓷膜產品應用面的擴大，在超高溫分離領域，以上技術的抗氧化、抗熱震性能難以滿足使用的要求，導致使用壽命大大縮短。

氮化硅結合碳化硅陶瓷是近年來發展起來的高溫結構陶瓷，具有耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、抗熱震性能好等特點，在有色金屬、鋼鐵熔煉及冶煉行業具有應用廣泛。目前氮化硅結合碳化硅技術主要用于制備結構陶瓷，即氮化硅結合碳化硅陶瓷是致密的，作為耐火材料使用；也有技術人員將氮化硅結合碳化硅技術用于制備保溫材料，即在氮化硅結合碳化硅陶瓷內部形成大量的閉合孔隙。無機陶瓷膜是具有大量連通孔隙的多孔陶瓷，因此無論是用于耐火材料還是保溫材料的氮化硅結合碳化硅陶瓷的制備技術均不能直接用于膜分離領域。

發明內容

本發明提供了一種氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜的制備方法，該方法可制備出抗彎強度≥30MPa，氣孔率≥40％，1200℃～28℃熱沖擊循環＞45次的碳化硅陶瓷膜制品。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜的制備方法，包括有以下步驟：

1)素胚的成型

A1、原材料選取：金屬硅粉、碳化硅粉、低密度聚乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯、氧化釔按質量比100:10-30:5-10：0.1-0.4：3-4選取備用；

B1、原材料混合：按比例選取的原材料在120℃的溫度下混合形成均勻的混合物；

C1、素胚的成型：將步驟B1所得的混合物放入擠出成型機，成型為多通道管狀素胚；

2)膜層的涂覆

A2、膜層漿液制備：水、金屬硅粉、碳化硅粉、纖維素醚、氧化釔按質量比100:30-40:15-20：0.1-0.5：4-5混合均勻，制得膜層漿液；

B2、膜層的涂覆：將膜層漿液注入按步驟1)制備的多通道管狀素胚的通道中，流動20-30s，制得碳化硅胚體；

3)燒結

A3、干燥：將步驟2)制備的碳化硅胚體置于的烘箱中干燥，再置于烘箱中干燥；

B3、燒結：將通過步驟A3干燥后的試件置于空氣氣氛爐中保溫，再置于氮氣氣氛爐內保溫，最后隨爐冷卻至室溫，制得氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜材料。

按上述方案，步驟3)所述干燥溫度為40-60℃，干燥時間為1-2h。

按上述方案，空氣氣氛爐保溫溫度為500-600℃，保溫時間為2-3h；氮氣氣氛爐內保溫溫度為1300-1500℃，保溫時間為3-5h。

按上述方案，步驟1)中所述的碳化硅粉和金屬硅粉平均粒徑為80-100μm，純度大于98％；；低密度聚乙烯的軟化點80-90℃。

按上述方案，步驟2)中所述的碳化硅粉、金屬硅粉平均粒徑為1-10μm，純度大于98％；纖維素醚為羥甲基纖維素醚或羥乙基纖維素醚，分子量為20000。

本發明材料組成中金屬硅粉、碳化硅粉、氧化釔(燒結助劑)在氮氣氣氛下，能夠生成氮化硅結合碳化硅的陶瓷材料，是本發明的主要科學基礎。在組成中加入低密度的聚乙烯和鄰苯二甲酸二丁酯，能夠將金屬硅粉、碳化硅粉、氧化釔粉末粘結在一起，并使胚體具有一定的強度和柔韌性，防止在干燥和升溫過程中胚體開裂，此外在高溫情況下，低密度的聚乙烯和鄰苯二甲酸二丁酯發生氧化，在胚體內能夠形成大量的連通孔隙。

本發明的有益效果在于：本發明利用氮化硅結合碳化硅陶瓷耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、抗熱震性能好的特點，制備具有高連通孔隙結構的氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜材料，在高溫使用環境，比如高溫氣固分離、高溫液固分離、高溫催化載體等方面具有廣闊的應用前景，本發明制得的氮化硅結合碳化硅多孔陶瓷膜材料，抗彎強度≥30MPa，氣孔率≥40％，1200℃～28℃熱沖擊循環＞45次，具有良好的耐高溫、抗熱震性能。

附圖說明

圖1為本發明的實施例1所得碳化硅多孔陶瓷膜材料的微觀形貌圖。

具體實施方式