一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，該方法是將以煅燒鋁礬土和高塑性粘土為主要原料的陶瓷泥料與植物造孔材料充分混合后，經(jīng)真空擠制為陶瓷膜支撐體坯體，干燥后，在坯體表面噴涂陶瓷膜漿料，然后在輥道窯中一次共燒。該陶瓷膜的支撐體的強(qiáng)度是由高度致密化的以剛玉顆粒和原位生成的莫來石晶須為增強(qiáng)相的復(fù)相陶瓷材料提供，而孔徑和孔隙率則由具有纖維狀或片狀結(jié)構(gòu)的在高溫下完全燒失的植物造孔材料進(jìn)行調(diào)控，因此具有較好的孔連通特性，從而獲得高強(qiáng)度和高連通孔結(jié)構(gòu)的陶瓷膜支撐體，再通過一次共燒，陶瓷膜層與支撐體之間的結(jié)合強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)還具有制備成本低、節(jié)能等特點(diǎn)。
【專利說明】一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷膜【技術(shù)領(lǐng)域】，進(jìn)一步是指高強(qiáng)度陶瓷膜的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]布袋式除塵器是粉塵過濾中應(yīng)用最為廣泛的除塵設(shè)備，但其也存在如下問題，一是不耐高溫，當(dāng)氣體溫度超過200°C時(shí)就無法使用，即便用玻璃纖維制造的布袋除塵器，也只能在400°C以下使用；二是當(dāng)氣體濕度大(潮濕)時(shí)，粉塵粘附在布袋上難以脫落，使除塵設(shè)備無法正常運(yùn)行；三是粉塵回收易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，布袋再生不徹底，使除塵效率降低。
[0003]陶瓷膜在污水處理、高溫?zé)煔馓幚砗头蹓m收集等方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮了重要作用。但其在應(yīng)用過程中也暴露出不少問題，主要是目前的陶瓷膜支撐體的強(qiáng)度較低，且通常需做成圓管式(單孔)或蓮藕式(多孔)以增加其強(qiáng)度，但顯著降低了單位體積內(nèi)的過濾面積，使得陶瓷膜過濾設(shè)備單位體積的過濾面積僅為布袋式除塵器的2(Γ30%，大大增加了設(shè)備體積和制造成本。此外，現(xiàn)有陶瓷膜制備技術(shù)因支撐體與膜材料的燒結(jié)溫度不同，常采用二次燒成的方法，即先將陶瓷膜支撐體燒成，然后再將陶瓷膜材料噴涂或浸涂在支撐體表面，干燥后進(jìn)行二次燒成。這種方法帶來的問題，一是二次燒成增加了制備過程的能源消耗，不利于節(jié)能環(huán)保；二是陶瓷膜與支撐體的結(jié)合強(qiáng)度不高，在使用過程中易出現(xiàn)陶瓷膜層脫落的現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于克服布袋式除塵器的缺陷，提供了一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，以實(shí)現(xiàn)陶瓷膜過濾板的高效率低成本制備。該方法是將以煅燒鋁礬土和高塑性粘土為主要原料的陶瓷泥料與植物造孔材料充分混合后，經(jīng)真空擠制為陶瓷膜支撐體坯體，干燥后，在坯體表面噴涂陶瓷膜漿料，然后在輥道窯中一次共燒。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，具體工藝步驟為:
(O將陶瓷泥料配料后球磨3小時(shí)飛小時(shí)，得漿料；所述陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為35%?50%煅燒鋁礬土、25%?35%高塑性粘土、15%?25%瓷土和10%?15%長(zhǎng)石組成，所述煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選平均粒徑在10微米以下的粉料；
(2)將漿料過篩、除鐵后，根據(jù)支撐體的孔徑和孔隙率要求加入植物造孔材料，再加入水分散均勻，壓濾脫水后得泥餅；
(3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得支撐體生坯；在所述支撐體生坯表面噴涂陶瓷膜漿料，控制陶瓷膜漿料的噴涂厚度為50微米?250微米，得陶瓷膜生坯；
(4)將陶瓷膜生坯置于輥道窯內(nèi)，在1260°C?1320°C—次共燒，燒成時(shí)間為6小時(shí)?8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為5小時(shí)飛小時(shí)，出窯得陶瓷膜。
[0006]優(yōu)選方案，步驟(2)中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸桿等植物中的一種或多種。
[0007]優(yōu)選方案，步驟(2)所述植物造孔材料的粒徑為100目?320目。
[0008]優(yōu)選方案，步驟(3)中真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0IMPa。
[0009]優(yōu)選方案，步驟(3)所述濕坯為內(nèi)部設(shè)有多個(gè)中空通道的平板式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，可以增加過濾面積。
[0010]陶瓷膜漿料是現(xiàn)有技術(shù)，現(xiàn)有陶瓷膜漿料均可以用于本申請(qǐng)，本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，步驟(3)所述陶瓷膜漿料的主要成分為氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦中的一種或幾種。陶瓷膜漿料進(jìn)一步優(yōu)選由氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦中的一種或幾種作為主要成分與高嶺土和熔塊組成,其中主要成分含量大于90%。
[0011]優(yōu)選方案，步驟(3)所述陶瓷膜漿料的細(xì)度控制在平均粒徑為0.3微米飛微米。
[0012]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜產(chǎn)品，其支撐體的抗彎強(qiáng)度為40MPa?80MPa，連通孔隙率在30%飛0%之間可調(diào)，孔徑在2(Γ80微米之間可調(diào)。陶瓷膜層的孔徑在0.2飛微米之間可調(diào)。
[0013]以下對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
[0014]研究表明，陶瓷膜過濾板可耐1000°C以上的高溫，可用水或氣體方便地進(jìn)行反沖再生，從而避免因粉塵粘附在膜上面而降低過濾效率；用水反沖再生時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，再生徹底，可確保過濾除塵效果；陶瓷膜過濾板使用壽命長(zhǎng)，設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行成本低。因此，陶瓷膜過濾板可從根本上克服現(xiàn)有布袋式除塵器的不足，更好地滿足高溫?zé)煔夂统睗穹蹓m氣體的除塵過濾要求。
[0015]將陶瓷膜過濾元件做成類似于布袋的平板中空結(jié)構(gòu)，將大幅增加單位體積內(nèi)的過濾面積，達(dá)到布袋式除塵器的過濾效果。與現(xiàn)有的管式或蓮藕式陶瓷膜支撐體比，則可顯著縮小過濾設(shè)備的體積，提高過濾效率，降低設(shè)備制造和運(yùn)行成本。
[0016]要制備出可與布袋式除塵元件媲美的陶瓷膜過濾板，關(guān)鍵是要提高陶瓷膜支撐體的強(qiáng)度，以減小過濾板的壁厚，這樣既可降低過濾阻力，又可減少材料消耗，縮小設(shè)備體積，降低制造成本。
[0017]為了獲得高強(qiáng)度的陶瓷膜支撐體，必須設(shè)法提高陶瓷膜支撐體材料的致密度和強(qiáng)度。在本發(fā)明中，選用359Γ50%煅燒鋁礬土為增強(qiáng)相，其主晶相為剛玉顆粒，不僅具有很高的強(qiáng)度，而且耐高溫、耐腐蝕和抗熱震性也很好，作為增強(qiáng)相均勻分散于支撐體瓷坯中，可起到很好的顆粒彌散強(qiáng)化作用。同時(shí)，通過引入適量的瓷土和長(zhǎng)石，在1100°C以上溫度下形成液相，并在高溫下溶解部分鋁礬土到液相中，提高了液相中Al2O3的含量，在燒成后的冷卻過程中促進(jìn)了莫來石(3A1203.2Si02)晶須的形成，這種原位生成且相互交織的莫來石晶須，使支撐體的強(qiáng)度和韌性得到進(jìn)一步提高。
[0018]為了有效調(diào)控支撐體中的孔徑和孔隙率，本發(fā)明選用米糠、稻草、秸桿等天然造孔材料，這些材料多為農(nóng)作物的副產(chǎn)物或廢棄料，來源廣泛，價(jià)格便宜，且具有纖維結(jié)構(gòu)，引入到支撐體的坯泥中，較易形成相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，通過控制這些植物造孔材料的粒度為100^320目，可得到孔徑在2(Γ80微米的相互連通的孔隙，而通過調(diào)節(jié)這些植物造孔材料的加入量或?qū)⒍喾N纖維狀造孔材料進(jìn)行搭配使用，可將支撐體的開口孔隙率控制在30飛0%之間。
[0019]該方法將支撐體與陶瓷膜一次共燒，一方面簡(jiǎn)化了陶瓷膜的制備工藝，縮短了制備周期，節(jié)約了燒成能耗，降低了制備成本；另一方面，提高了陶瓷膜層與支撐體之間的結(jié)合強(qiáng)度，延長(zhǎng)了陶瓷膜過濾元件的使用壽命。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
(I)通過對(duì)支撐體中陶瓷泥料配方的科學(xué)設(shè)計(jì)，引入的煅燒鋁礬土一方面直接提供了顆粒增強(qiáng)相，另一方面又為由瓷土和長(zhǎng)石形成的液相增加了 Al2O3含量，促進(jìn)了原位莫來石晶須的生成，從多方面提高了支撐體的強(qiáng)度和韌性。
[0021](2)本發(fā)明選用米糠、稻草、秸桿等農(nóng)作物的副產(chǎn)物或廢棄料作為造孔材料，來源廣泛，價(jià)格便宜，且具有纖維結(jié)構(gòu)，引入到支撐體的瓷泥中，較易形成相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)這些植物造孔材料的粒度和加入量，或?qū)⒍喾N植物造孔材料進(jìn)行搭配使用，可實(shí)現(xiàn)支撐體開口孔隙率和孔徑的有效調(diào)控。
[0022](3)與現(xiàn)有的管式或蓮藕式陶瓷膜支撐體比，本發(fā)明獲得的陶瓷膜的支撐體與陶瓷膜一次共燒，且可在輥道窯內(nèi)連續(xù)快速燒成，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了燒成能耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了支撐體與陶瓷膜層的結(jié)合強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本申請(qǐng)所述一次共燒高強(qiáng)度陶瓷膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。I一陶瓷膜，2—中空通道，3—陶瓷膜支撐體。
[0024]圖2為高強(qiáng)度陶瓷膜支撐體的典型顯微結(jié)構(gòu)。4一莫來石晶須，5—?jiǎng)傆耦w粒。

【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1:
一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，具體是:
(1)陶瓷膜支撐體的原料由重量百分?jǐn)?shù)為48%煅燒鋁礬土、25%高可塑性粘土、15%瓷土和12%長(zhǎng)石組成，將配方中的硬質(zhì)原料煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選用已粉碎至平均粒徑在10微米以下的粉料，將所述硬質(zhì)原料粉與其他原料配料后球磨5小時(shí)，得支撐體漿料；
(2)將支撐體漿料過篩、除鐵后，加入米糠作為造孔材料，加入前需將米糠粉碎到320目的細(xì)度，再加入適量水用高速攪拌機(jī)分散均勻，壓濾脫水后得泥餅。
[0026](3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得支撐體生坯(如圖1所示)，真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0lMPa0
[0027](4)將重量比為氧化鋁92%、高嶺土 5%、熔塊3%的原料配料后，采用球磨研磨至平均粒徑為1.(Tl.5微米的細(xì)度，得陶瓷膜漿料；
(5)將陶瓷膜漿料均勻噴涂到支撐體生坯表面，控制噴涂后陶瓷膜漿料層厚度為100^150微米，干燥后得陶瓷膜生坯；
(6)將陶瓷膜生坯置于輥道窯內(nèi)，在1320°C下一次共燒，燒成時(shí)間為8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為6小時(shí)，出窯得陶瓷膜產(chǎn)品。
[0028]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜產(chǎn)品，其支撐體的抗彎強(qiáng)度不低于70MPa，開口氣孔率不小于50%，孔徑為2(Γ50微米。陶瓷膜層的孔徑為0.5^1微米。
[0029]實(shí)施例2:
一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，具體是: (1)陶瓷膜支撐體的原料由重量百分?jǐn)?shù)為40%煅燒鋁礬土、30%高可塑性粘土、20%瓷土和10%長(zhǎng)石組成，將配方中的硬質(zhì)原料煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選用已粉碎至平均粒徑在10微米以下的粉料，將所述硬質(zhì)原料粉與其他原料配料后球磨5小時(shí)，得支撐體漿料；
(2)將支撐體漿料過篩、除鐵后，加入稻草作為造孔材料，加入前需將稻草粉碎到250目的細(xì)度，再加入適量水用高速攪拌機(jī)分散均勻，壓濾脫水后得泥餅。
[0030](3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得支撐體生坯，真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0lMPa0
[0031](4)將重量比為二氧化硅95%、高嶺土 3%、熔塊2%的原料配料后，采用球磨研磨至平均粒徑為1.5^2.5微米的細(xì)度，得陶瓷膜漿料；
(5)將陶瓷膜漿料均勻噴涂到支撐體生坯表面，控制噴涂后陶瓷膜漿料層厚度為150^200微米，干燥后得陶瓷膜生坯；
(6)將陶瓷膜生坯置于輥道窯內(nèi)，在1290°C下一次共燒，燒成時(shí)間為7小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為6小時(shí)，出窯得陶瓷膜產(chǎn)品。
[0032]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜產(chǎn)品，其支撐體的抗彎強(qiáng)度不低于50MPa，開口氣孔率不小于45%，孔徑為30?80微米。陶瓷膜層的孔徑為1?2微米。
[0033]實(shí)施例3:
所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，具體是:
(1)陶瓷膜支撐體的原料由重量百分?jǐn)?shù)為35%煅燒鋁礬土、35%高可塑性粘土、15%瓷土和15%長(zhǎng)石組成，將配方中的硬質(zhì)原料煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選用已粉碎至平均粒徑在10微米以下的粉料，將所述硬質(zhì)原料粉與其他原料配料后球磨5小時(shí)，得支撐體漿料；
(2)將支撐體漿料過篩、除鐵后，加入秸桿作為造孔材料，加入前需將秸桿粉碎到250目的細(xì)度，再加入適量水用高速攪拌機(jī)分散均勻，壓濾脫水后得泥餅。
[0034](3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得支撐體生坯，真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0lMPa0
[0035](4)將重量比為二氧化鈦95%、高嶺土 3%、熔塊2%的原料配料后，采用球磨研磨至平均粒徑為4飛微米的細(xì)度，得陶瓷膜漿料；
(5)將陶瓷膜漿料均勻噴涂到支撐體生坯表面，控制噴涂后陶瓷膜漿料層厚度為200^250微米，干燥后得陶瓷膜生坯；
(6)將陶瓷膜生坯置于輥道窯內(nèi)，在1260°C下一次共燒，燒成時(shí)間為6小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為5小時(shí)，出窯得陶瓷膜產(chǎn)品。
[0036]經(jīng)上述步驟得到的陶瓷膜產(chǎn)品，其支撐體的抗彎強(qiáng)度不低于40MPa，開口氣孔率不小于50%，孔徑為30?80微米。陶瓷膜層的孔徑為3飛微米。
【權(quán)利要求】
1.一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，具體工藝步驟為: (O將陶瓷泥料配料后球磨3小時(shí)?5小時(shí)，得漿料；所述陶瓷泥料由重量百分?jǐn)?shù)為35%?50%煅燒鋁礬土、25%?35%高塑性粘土、15%?25%瓷土和10%?15%長(zhǎng)石組成，所述煅燒鋁礬土和長(zhǎng)石選平均粒徑在10微米以下的粉料； (2)將漿料過篩、除鐵后，根據(jù)支撐體的孔徑和孔隙率要求加入植物造孔材料，再加入水分散均勻，壓濾脫水后得泥餅； (3)將泥餅粗練后陳腐24小時(shí)以上，然后真空擠制為所需尺寸的濕坯，干燥后得支撐體生坯；在所述支撐體生坯表面噴涂陶瓷膜漿料，控制陶瓷膜漿料的噴涂厚度為50微米?250微米，得陶瓷膜生坯； (4)將陶瓷膜生坯置于輥道窯內(nèi)，在1260°C?1320°C—次共燒，燒成時(shí)間為6小時(shí)?8小時(shí)；然后冷卻，冷卻時(shí)間為5小時(shí)飛小時(shí)，出窯得陶瓷膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，步驟(2)中所述植物造孔材料包括米糠、稻草、秸桿中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，步驟(2)所述植物造孔材料的粒徑為100目?320目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，步驟(3)中真空擠制時(shí)的真空度應(yīng)小于0.0 IMPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，步驟(3)所述濕坯為內(nèi)部設(shè)有多個(gè)中空通道的平板式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，步驟(3)所述陶瓷膜漿料的主要成分為氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一次共燒制備高強(qiáng)度陶瓷膜的方法，其特征是，步驟(3)所述陶瓷膜漿料的細(xì)度控制在平均粒徑為0.3微米?5微米。
【文檔編號(hào)】C04B33/13GK104446384SQ201410595169
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】肖漢寧, 李格, 郭文明 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)