[發(fā)明專利]一種基于尼龍纖維為造孔劑制備定向多孔氮化硅陶瓷的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410757400.7
• 申請(qǐng)日: 2014-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104529522A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于方麗;白宇;韓朋德;張霞;吳其勝;倪澍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類號(hào): C04B38/06
• 分類號(hào): C04B38/06;C04B35/584;C04B35/622;B01D39/20
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一維定向多孔氮化硅陶瓷的制備，具體地說(shuō)涉及一種基于尼龍纖維為造孔劑制備定向多孔氮化硅陶瓷的方法，該材料是氮化硅高溫?zé)煔膺^(guò)濾器的核心部件。技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后可以直接用于高溫?zé)煔獬龎m凈化、能源及石化等企業(yè)的中間過(guò)濾和廢氣過(guò)濾，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展提供技術(shù)幫助。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，大氣污染物的排放總量也迅速增加，環(huán)境空氣質(zhì)量逐漸下降。電力、鋼鐵、冶金、建材、化工、垃圾焚燒等工業(yè)中的高溫?zé)煔夥蹓m排放成為大氣污染的主要來(lái)源之一，已成為影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民健康生活水平提高的重要因素。

具有優(yōu)異斷裂韌性和高強(qiáng)度纖維狀晶粒的多孔氮化硅陶瓷是一種新型的、最具有前景的可用于高溫?zé)煔膺^(guò)濾、除塵的陶瓷基過(guò)濾材料，有望替代現(xiàn)有的堇青石和碳化硅材料。目前，制備氮化硅陶瓷的方法較多，按有無(wú)造孔劑來(lái)分，制備多孔氮化硅陶瓷材料的方法大致可分為使用造孔劑和不使用造孔劑燒結(jié)兩大類。CN?1803716A制備出具有高孔隙率、孔徑較小、孔隙分布均勻和較高力學(xué)(抗彎)強(qiáng)度的氮化硅多孔陶瓷材料。CN?102351563A以氮化硅為基體、有機(jī)硅樹(shù)脂為粘結(jié)劑和小孔造孔劑、萘粉為大孔造孔劑，制備出具有多級(jí)孔徑結(jié)構(gòu)的高孔隙率氮化硅多孔陶瓷。CN?101591173A采用發(fā)泡原理通過(guò)懸浮陶瓷漿料的制備、發(fā)泡、成型和燒成過(guò)程制備出多孔氮化硅陶瓷。CN?1821168A通過(guò)碳熱還原法制備出孔隙率高的多孔氮化硅陶瓷。CN?101503298A通過(guò)凝膠注模法得到的氮化硅多孔陶瓷氣孔率介于49-63％之間，抗彎強(qiáng)度為54-234MPa，孔徑分布為0.1-1.0μm。

傳統(tǒng)燒結(jié)方法制備氮化硅陶瓷的孔徑大約為1μm，相反，氮化硅泡沫陶瓷的孔徑大約150μm，孔徑的過(guò)小或過(guò)大都限制了其作為陶瓷過(guò)濾器的應(yīng)用。另一方面，大多制備的多孔氮化硅陶瓷內(nèi)部無(wú)規(guī)則排列的孔隙大大降低了其過(guò)濾性能。因此，從材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，定向多孔材料具有良好的流體滲透性及機(jī)械性能，其作為陶瓷過(guò)濾器越來(lái)越引起人們的廣泛重視。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外專利與文獻(xiàn)的查新結(jié)果表明：還沒(méi)有使用尼龍纖維作為造孔劑制備定向多孔氮化硅陶瓷材料的報(bào)道。因此，本專利采用可燃性良好、高長(zhǎng)徑比的尼龍纖維作為造孔劑，采用低成本的擠壓成型及常壓燒結(jié)工藝制備一維定向高溫?zé)煔獬龎m用多孔氮化硅陶瓷過(guò)濾材料，其產(chǎn)業(yè)化后可以直接用于高溫?zé)煔獬龎m凈化。除了高溫?zé)煔膺^(guò)濾外，該多孔氮化硅陶瓷還可用于能源、石化等企業(yè)的中間過(guò)濾和廢氣過(guò)濾，為國(guó)家及的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展提供技術(shù)幫助。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)可燃性良好、高長(zhǎng)徑比的尼龍纖維作為造孔劑，采用低成本的擠壓成型及常壓燒結(jié)工藝制備一維定向高溫?zé)煔獬龎m用多孔氮化硅陶瓷過(guò)濾材料。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案是：

一種基于尼龍纖維為造孔劑制備定向多孔氮化硅陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步驟：

①首先按照60～80％的固相含量將質(zhì)量比為90～95％的氮化硅、5～10％的燒結(jié)助劑(基于氮化硅的質(zhì)量)、0～40％的尼龍纖維(基于氮化硅和燒結(jié)助劑的質(zhì)量)、有機(jī)添加劑及去離子水混合，其中有機(jī)添加劑包括有加入量占固相含量的5～20％的粘接劑、加入量占固相含量的2～10％的增塑劑、加入量占固相含量的0～2％的保濕劑、加入量占固相含量的0～8％的潤(rùn)滑劑。

②將上述原料混合均勻后，陳腐12～24h，置于壓力機(jī)以2～10mm/min的擠壓速度擠出，獲得定向多孔氮化硅陶瓷的生坯。

③將生坯烘干后置于馬弗爐中升溫至600～800℃保溫1～3h排膠。

④最后將排膠后的試樣放入多功能氣氛爐中，在氮?dú)鈮毫?.2～0.6MPa下以10～15℃/min的升溫速度逐漸升溫到1750～1800℃保溫1～2h，即獲得定向多孔氮化硅陶瓷。

進(jìn)一步地，所述燒結(jié)助劑為金屬氧化物Y₂O₃、Al₂O₃、Eu₂O₃、MgO、La₂O₃、Lu₂O₃至少一種或它們的混合物。

進(jìn)一步地，所述尼龍纖維的長(zhǎng)度1～10mm，直徑5～40μm。