[發明專利]一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201611201527.6
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN107337468A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 張勁松;任志恒;孔凡磊;李旭;付超
• 申請（專利權）人: 遼寧卓異新材料有限公司
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/565;F23D14/02;F23D14/62
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于多孔燃燒技術領域，具體涉及一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法及應用。

背景技術

目前，在我國燃氣利用上存在著效率低、浪費嚴重等問題，而且大量的低品位能源未得到開發和利用。在鋼鐵工業、石油化工工業、煤炭工業等領域不斷產生低熱值氣體，包括高爐煤氣、低濃度煤礦瓦斯氣、化工過程低熱值尾氣、石油化工行業尾氣等。而在自然界和日常生活中同樣存在大量的物質熱解氣化氣等低熱值氣體，比如釀造和養殖行業產生的沼氣，生物質熱解過程中產生的CO、CH₄、C₂H₂等可燃氣體，以及垃圾填埋場里產生的以甲烷為主的低熱值可燃氣體。長期以來，這些氣體燃料由于可燃成分含量少，熱值低，在傳統的自由火焰燃燒條件下難以點燃和控制，燃燒非常困難，且容易出現回火、吹熄等現象，常常被當作廢氣直接排入大氣中。多孔介質燃燒是一種新型、高效的燃燒強化技術，實現低熱值氣體燃料的高效清潔利用。中國發明專利CN201110428993.9、CN201120535933.2和CN201310015505.0分別提出了基于多孔介質燃燒的燃燒裝置以提高燃燒效率和低熱值氣體燃料的高效利用。

目前，常用的多孔介質材料主要包括金屬材料和陶瓷材料。但由于多孔介質燃燒區域火焰溫度高，可達到1400～1600℃，甚至1700℃，多孔介質金屬材料的耐熱性能不足，且在高溫下存在氧化和腐蝕的問題。而傳統的多孔陶瓷材料抗熱震性能不佳，影響和制約其在高溫燃燒領域的應用。

發明內容

為了避免現有材料的不足之處，本發明的目的在于提供一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法及應用，克服現有多孔燃燒介質中存在的熱穩定性能差、抗熱震性能不好、使用壽命短等問題。

本發明的技術方案是：

一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法，包括如下步驟：

第一步，將聚氨酯泡沫塑料裁剪成所需的形狀和尺寸，并浸入以高殘炭率配置的料漿中，取出擠壓、吹掃除去多余料漿；

第二步，將上述浸漬料漿的聚氨酯泡沫塑料烘干固化，并重復浸漬、擠壓、吹掃的過程以獲得所需的體積分數；

第三步，將固化后的聚氨酯泡沫塑料熱解，熱解氣氛為真空或惰性保護氣氛，升溫速率為1～10℃/min，熱解溫度800～1000℃，保溫10～300min；

第四步，將熱解后的泡沫狀前驅體滲硅燒結處理，燒結氣氛為真空或惰性保護氣氛，溫度為1400～1900℃，保溫時間10～300min，得到中間材料SiC/Si泡沫陶瓷材料；

第五步，在真空條件下，對SiC/Si泡沫陶瓷材料除硅處理獲得純凈的SiC泡沫陶瓷多孔燃燒介質。

所述的泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法，以高殘炭率配置的料漿包含碳化硅粉、酚醛樹脂、固化劑和乙醇，酚醛樹脂、微米級碳化硅粉、固化劑和乙醇的重量比例為100：(130～140)：(10～15)：(30～40)。

所述的泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法，熱解后的泡沫狀前驅體以碳為主要成分，并可精確機加工處理。

所述的泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法，泡沫陶瓷多孔燃燒介質成分為碳化硅。

所述方法制備的泡沫陶瓷多孔燃燒介質的應用，泡沫陶瓷多孔燃燒介質應用在紅外線燃氣燃燒器。

所述方法制備的泡沫陶瓷多孔燃燒介質的應用，泡沫陶瓷多孔燃燒介質應用在照明用燃氣燃燒器。

本發明的優點及有益效果是：

1、本發明提出一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備方法，采用高分子熱解結合可控熔滲反應燒結的方法制備具有一定孔隙率、一定孔徑尺寸的SiC/Si泡沫陶瓷材料，再除Si處理，最終獲得純凈的SiC泡沫陶瓷多孔燃燒介質。

2、泡沫陶瓷多孔燃燒介質具有三維網狀多孔結構，孔隙率高(80％以上)，具有良好的流通特性，流動阻力低；

3、泡沫陶瓷多孔燃燒介質比表面積大，孔徑分布均勻，燃燒反應區域拓寬，燃燒區內溫度梯度減小，溫度分布均勻；

4、泡沫陶瓷多孔燃燒介質比重小，無需固定裝置可在任意角度下運行，方便應用；

5、泡沫陶瓷多孔燃燒介質強度高、耐磨損、耐腐蝕，具有抗熱震、抗熱疲勞、使用壽命長的優點。

附圖說明

圖1：泡沫陶瓷多孔燃燒介質的制備工藝流程。

圖2：中間材料SiC/Si泡沫陶瓷材料的局部結構圖和XRD圖譜。a，SiC/Si泡沫陶瓷材料的局部結構圖；b，SiC/Si泡沫陶瓷材料的XRD圖譜。