碳化硅多孔陶瓷等静压成型工艺研究
发布时间：2021-03-05 15:51
碳化硅多孔陶瓷材料以其优异的性能,已经应用于多个领域,而原材料选择苛刻及制备技术复杂等问题的存在,限制了其进一步发展应用。等静压成型陶瓷制品具有压坯密度大、压坯密度均匀一致、制品长径比大、形状复杂等优点。而开发具有凹槽、空心和封底等异形复杂形状的多孔陶瓷成型方法是陶瓷领域的研究热点。本文重点研究等静压技术成型烛式结构碳化硅多孔陶瓷制品工艺中的骨料颗粒形貌、造孔剂种类及加入量、结合剂种类、粒度及加入量、烧成和成型工艺参数对多孔陶瓷性能的影响规律,多孔陶瓷的优化制备工艺参数,以期提高多孔陶瓷的使用性能。通过对骨料采取不同的处理方式,制备得到不同的骨料颗粒,研究了颗粒形貌和造孔剂种类对样品性能的影响。结果表明,采用气流磨制备的碳化硅骨料颗粒形貌较好,棱角少,无明显尖锐状颗粒,近似球形,且粒径分布集中,制备的多孔陶瓷材料的气孔率高、孔径均匀、透气性能好、阻力小。采用木质纤维素作为造孔剂制备多孔陶瓷,其综合性能优于核桃壳粉,将木质纤维素的加入量调节到9 wt%,可得到气孔率≥36%,透气阻力≤150 Pa的多孔陶瓷样品。通过碳化硅多孔陶瓷材料所用结合剂配方体系的选择、结合剂粒度及加入量等对性能影...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
Coors-p-100A-1样品图[4]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3结合氧化铝质多孔陶瓷膜材料。其中Coors-p-100A-1图1-1所示是一种不含膜层的莫来石/氧化铝材质的高温陶瓷过滤元件[4]，过滤元件标准尺寸为Φ60×1000~1500×10mm(外径×长度×壁厚)，这种莫来石结合氧化铝陶瓷材料主要技术指标为：体积密度1.8g/cm3、孔径45~65μm、气孔率为38%、抗弯强度25.8MPa、热膨胀系数为5.34×10-6/℃。由于这种陶瓷具有相对高的热膨胀系数，热稳定性较差[11]，高温气体过滤时发生过元件破裂现象。图1-1Coors-p-100A-1样品图[4]Prabhakaran[12]等用淀粉做造孔剂，制备氧化铝质多孔陶瓷，加热时淀粉与氧化铝浆料结合迅速吸水，形成凝胶，凝胶干躁时不变形不开裂，并具有一定强度，可以预加工。经烧成后制品径向压缩强度为2.1~5.9MPa，气孔率可达67~76%，扫描电镜显示该制品存在200~800μm的大孔和20μm的小孔。堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)材料具有体积密度孝热膨胀系数低、易人工合成等优点，因此常用作各种低膨胀陶瓷材料的原材料。目前广泛应用的汽车尾气净化用蜂窝陶瓷载体、窑炉用除尘蓄热体和石油催化裂化载体等大多是以堇青石为原料的多孔陶瓷制品。采用堇青石作骨料制备的多孔陶瓷材料具有微孔性能好、气孔率高，重量轻、而且耐温高、热稳定性能好和抗热冲击性强等优点，是一种非常理想的高温气体净化材料。图1-2堇青石质多孔陶瓷元件
,19]，因此耐高温、耐腐蚀的碳化硅多孔陶瓷过滤材料成为首眩碳化硅多孔陶瓷材料是以碳化硅颗粒作骨料，以粘土、氧化铝、氧化钇和莫来石等作为高温结合剂，采用干压、挤出、浇注或等静压成型、经高温烧结的一种孔径可控的耐高温陶瓷膜材料[20]。其除具有一般多孔陶瓷优点外，还具备硬度大、耐腐蚀、耐高温、热导率高、热膨胀系数低和抗热震好等特有性能。已经在冶金、化工、能源、环保等众多领域应用[21]。同时为了提高其过滤精度、降低流通阻力、提高清洗再生效果，碳化硅多孔陶瓷材料通常设计成一种非对称的孔梯度结构，如图1-3所示碳化硅多孔陶瓷支撑体加外层分离膜结构。按照其高温结合方式不同，可分为粘土结合碳化硅、反应结合碳化硅和氮化硅结合碳化硅等多个种类。目前开发应用最广的主要为粘土结合碳化硅质高温陶瓷膜过滤材料[22]。图1-3碳化硅多孔陶瓷材料最早研究开发碳化硅多孔陶瓷材料的是德国舒马赫公司，他们自20世纪世纪80年代开始，研制出了一种粘土结合碳化硅的陶瓷膜过滤材料(F40)，其以优质碳化硅颗粒作为骨料，莫来石为高温结合剂制成强度较高的支撑体材料，然后在支撑体材料表面喷涂一层由碳化硅颗粒和莫来石纤维组成的厚度约100~150μm过滤膜层。过滤膜层孔径20μm。后来舒马赫公司又开发了一种性能更加稳定的碳化硅陶瓷膜过滤材料(FT20)。这种材料在原有F40基础上，一方面提高了高温抗蠕变性和高温热稳定性能，另一方面在碳化硅多孔陶瓷材料表面涂覆一层由氧化铝纤维和碳化硅颗粒组成的孔径为15μm的陶瓷纤维
本文编号：3065462
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
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【学位级别】：硕士
【图文】：
Coors-p-100A-1样品图[4]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3结合氧化铝质多孔陶瓷膜材料。其中Coors-p-100A-1图1-1所示是一种不含膜层的莫来石/氧化铝材质的高温陶瓷过滤元件[4]，过滤元件标准尺寸为Φ60×1000~1500×10mm(外径×长度×壁厚)，这种莫来石结合氧化铝陶瓷材料主要技术指标为：体积密度1.8g/cm3、孔径45~65μm、气孔率为38%、抗弯强度25.8MPa、热膨胀系数为5.34×10-6/℃。由于这种陶瓷具有相对高的热膨胀系数，热稳定性较差[11]，高温气体过滤时发生过元件破裂现象。图1-1Coors-p-100A-1样品图[4]Prabhakaran[12]等用淀粉做造孔剂，制备氧化铝质多孔陶瓷，加热时淀粉与氧化铝浆料结合迅速吸水，形成凝胶，凝胶干躁时不变形不开裂，并具有一定强度，可以预加工。经烧成后制品径向压缩强度为2.1~5.9MPa，气孔率可达67~76%，扫描电镜显示该制品存在200~800μm的大孔和20μm的小孔。堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)材料具有体积密度孝热膨胀系数低、易人工合成等优点，因此常用作各种低膨胀陶瓷材料的原材料。目前广泛应用的汽车尾气净化用蜂窝陶瓷载体、窑炉用除尘蓄热体和石油催化裂化载体等大多是以堇青石为原料的多孔陶瓷制品。采用堇青石作骨料制备的多孔陶瓷材料具有微孔性能好、气孔率高，重量轻、而且耐温高、热稳定性能好和抗热冲击性强等优点，是一种非常理想的高温气体净化材料。图1-2堇青石质多孔陶瓷元件
,19]，因此耐高温、耐腐蚀的碳化硅多孔陶瓷过滤材料成为首眩碳化硅多孔陶瓷材料是以碳化硅颗粒作骨料，以粘土、氧化铝、氧化钇和莫来石等作为高温结合剂，采用干压、挤出、浇注或等静压成型、经高温烧结的一种孔径可控的耐高温陶瓷膜材料[20]。其除具有一般多孔陶瓷优点外，还具备硬度大、耐腐蚀、耐高温、热导率高、热膨胀系数低和抗热震好等特有性能。已经在冶金、化工、能源、环保等众多领域应用[21]。同时为了提高其过滤精度、降低流通阻力、提高清洗再生效果，碳化硅多孔陶瓷材料通常设计成一种非对称的孔梯度结构，如图1-3所示碳化硅多孔陶瓷支撑体加外层分离膜结构。按照其高温结合方式不同，可分为粘土结合碳化硅、反应结合碳化硅和氮化硅结合碳化硅等多个种类。目前开发应用最广的主要为粘土结合碳化硅质高温陶瓷膜过滤材料[22]。图1-3碳化硅多孔陶瓷材料最早研究开发碳化硅多孔陶瓷材料的是德国舒马赫公司，他们自20世纪世纪80年代开始，研制出了一种粘土结合碳化硅的陶瓷膜过滤材料(F40)，其以优质碳化硅颗粒作为骨料，莫来石为高温结合剂制成强度较高的支撑体材料，然后在支撑体材料表面喷涂一层由碳化硅颗粒和莫来石纤维组成的厚度约100~150μm过滤膜层。过滤膜层孔径20μm。后来舒马赫公司又开发了一种性能更加稳定的碳化硅陶瓷膜过滤材料(FT20)。这种材料在原有F40基础上，一方面提高了高温抗蠕变性和高温热稳定性能，另一方面在碳化硅多孔陶瓷材料表面涂覆一层由氧化铝纤维和碳化硅颗粒组成的孔径为15μm的陶瓷纤维
本文编号：3065462
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