一种前躯体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法技术

本发明专利技术属于无机非金属材料领域，涉及一种氧化铈陶瓷纤维板的制备方法。本发明专利技术是在含有铈离子的配制液中浸渍粘胶纤维毡，然后经机械干燥、氨气熏蒸、微波干燥、二次烧成制备氧化铈纤维板。本发明专利技术的优点在于：一、用微波干燥浸渍过含硝酸铈溶液的粘胶纤维毡，实现了快速干燥，降低了能耗，提高了效率；二、加入少量的添加剂，对控制陶瓷纤维的直径有一定的作用；三、通过氨气熏蒸法降低了陶瓷纤维直径的分散度，改善了所制备纤维板的平整性；四、所得氧化铈纤维板均匀、平整、致密性好，且具有一定的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种前驱体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法
本专利技术属于无机非金属材料领域，涉及具有优异耐热性、催化性的陶瓷纤维，尤其涉及氧化铈陶瓷纤维板制作领域。
技术介绍
陶瓷纤维材料具有电绝缘性好、化学稳定性强、导热性能低、热熔小、质量轻并且具有一定的柔韧性、可操作性好，在绝热、保温、光催化等领域应用广泛，如用于航空、航天和其他对温度和力学性能要求高的组件等；用于高温气液体的过滤材料，是较理想的节能增效材料。陶瓷纤维材料，例如氧化锆（ZrO2）和氧化铝（Al2O3）垫片已在高温密闭耐火材料中使用，尤其是用于各种高温流体。然而，这种常规的垫片柔韧度大、在组装过程中由于处理或其他操作往往两端会下垂。此外，常规的密封垫片具有相对低的压缩强度，当受到一定的压缩负荷，就会不可逆地粉碎，从而降低了衬垫密封性能。传统陶瓷垫片（例如，氧化锆，氧化铝毡）用于液相燃料电池，会吸收大量的电解质，并且强度低，使得它们难以处理和安装在燃料电池中。
技术实现思路
本专利技术提供一种耐高温、化学稳定性好、易于二次加工及安装等优点的氧化铈陶瓷纤维板的制备方法。为实现本专利技术目的，提供了以下技术方案：一种前躯体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法，其特征在于包括以下步骤：将粘胶纤维毡放入含Ce3+的盐溶液中浸渍并搅拌均匀，温度控制为40-60℃，浸渍2-8小时，将浸渍后的粘胶纤维毡取出，挤干，抹平，用氨气熏蒸使所吸附的水溶性的Ce3+离子转变成固态，再进行微波干燥，烧成得出本产品。作为优选，所述含Ce3+的盐溶液配制包括以下步骤：用去离子水和Ce(NO3)3·6H2O配制成浓度为0.2-1mol/l的铈溶液，搅拌均匀，再向溶液中加入0.1%-0.5%的添加剂，边加边搅拌，最后用（1：1）HCl溶液调节铈溶液的pH值为2-4，所用的添加剂为非离子型表面活性剂和非离子型粘合剂。作为优选，氨气熏蒸为在装有氨水的密闭容器中1-10小时。作为优选，微波干燥：将纤维毡从密闭容器中取出，平铺在氧化铝瓷板上，抹平，置于微波干燥器中干燥。作为优选，烧成为两步烧成：①将干燥后的纤维毡放于氧化铝瓷板上置于箱式电炉中第一次煅烧，烧成温度为1000℃-1300℃。②待炉子冷却后，取出一次烧成后的纤维毡，根据需要将多片叠加在一起，按照预先设计的烧成制度进行二次烧成。③二次烧成时用氧化铝瓷板压住纤维毡，高温时利用氧化铝瓷板的重力压制，使纤维毡体积密度提高，并通过在两层氧化铝瓷板间放置支撑物控制氧化铝瓷板间距，达到控制纤维板厚度和体积密度。作为优选，氧化铝瓷板为Al2O3含量≥96%的氧化铝板。作为优选，粘胶纤维毡通过剪裁剪成需要的形状和大小。本专利技术的技术关键在于：一、所用载体粘胶纤维属再生纤维素纤维。从它的分子式发现纤维素分子间有较多的氢键，在浸渍过程中，纤维毡的纤维分子链易溶胀，氢键断裂，产生较多的羟基。羟基与水分子结合形成更多的吸附中心，从而能吸附更多铈盐。本专利技术所用的是有机聚合物转化法，其特点为操作简单，对设备的要求低。通过溶液浸渍，烧成等一系列程序，制得结构与粘胶纤维类似的陶瓷纤维板。二、由于硝酸铈是一种易潮解的物质，浸渍过硝酸铈的粘胶纤维毡在缓慢干燥过程中或快速干燥后再次与空气接触，硝酸铈都易吸收空气中的水分，导致游离的铈离子随水分蒸发向边缘扩散，使得纤维毡中的铈离子分布不均，最终烧成不能得到完整的纤维毡。本专利技术所用的氨气熏蒸法是将浸渍硝酸铈并挤干溶液的粘胶纤维毡放在充满氨气的容器中一段时间，由于NH3·H2O能电离出OH-，OH-与Ce3+结合，变成固态的Ce(OH)3，这将很好的固定住Ce3+，反应完全的纤维毡颜色由白色变为嫩黄色。三、本专利技术所用添加剂为非离子型表面活性剂和非离子型粘合剂，主要有TritonX-100、AEO7、平平加和PVP等，本专利技术研究了TritonX-100和PVP。非离子型表面活性剂能增加粘胶纤维毡的润湿性，非离子型粘合剂能提高粘胶纤维毡的亲水性。两者均能从不同的方向提高单位粘胶纤维毡生成的陶瓷纤维的量，且制备的陶瓷纤维板表面更均匀，纤维直径变粗，降低了生产成本，提高了产品质量。四、采用微波干燥法干燥浸渍铈盐溶液的粘胶纤维毡，其特点：（1）微波加热的热量在被加热物料内部产生，里外一起受热，加热速度快。（2）电磁波穿透能力强，加热较均匀。（3）提高干燥速度并不提高物料表面温度和内部温度。（4）选择性加热使能量在物料中按需分配。（5）具有更好的产品质量。本专利技术有益效果：本专利技术所制备的陶瓷纤维板具有耐高温、耐腐蚀、容重低、导热系数小、易于二次加工及安装等优点。可直接用于保温隔热、炉窑内衬、密封垫或加工成折叠块、扎块等使用，例如氧化铈陶瓷纤维板可以在熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）上使用。相比氧化锆陶瓷纤维板和氧化铝陶瓷纤维板，氧化铈陶瓷纤维板用于液相燃料电池时，具有更好的机械性能和可操作性。附图说明图1为本专利技术的氧化铈陶瓷纤维板二次烧成后的表观形貌图。图2为本专利技术的氧化铈陶瓷纤维板二次烧成后放大1000倍的扫描电镜图片。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术方法作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容。0.2-1mol/l的铈溶液，搅拌均匀，再向溶液中加入0.1%-0.5%的添实施例1：本专利技术所述的氧化铈陶瓷纤维板的制备方法，具体操作如下：(1)剪裁：将3mm厚的有机粘胶纤维毡，依据烧成收缩比剪成需要的大小；(2)溶液配制：用去离子水和Ce(NO3)3·6H2O配制成浓度为0.4mol/l的铈溶液，并搅拌均匀，再向溶液中加入0.2%的PVP，边加边搅拌，最后用（1：1）HCl调铈溶液的pH为4；(3)铈液浸渍：将剪裁好的纤维毡放入配制的铈盐溶液中，溶液温度控制在40℃，浸渍3小时；(4)氨气熏蒸：将浸渍的纤维毡从溶液中取出，挤干，抹平，将纤维毡放在装有氨水的密闭容器中3小时；(5)干燥：将纤维毡从密闭容器中取出，平铺在氧化铝瓷上，抹平，置于微波干燥器中干燥；(6)两步烧成：①将干燥后的纤维毡放于氧化铝瓷板上置于箱式电炉中第一次煅烧。烧成曲线为50-200℃，2小时，200℃保温3小时，200-280℃，10小时,280-420℃，8小时，420-800℃，7小时，800-1230℃5小时；②待炉子冷却后，取出一次烧成得到的的产物一次烧成纤维毡，根据需要将12片一次烧成纤维毡叠加在一起，按照预先设计的烧成制度进行二次烧成。温度曲线为0-1200℃，12小时，1200-1400℃，20小时，1400℃-1560℃，8小时,1560℃保温5小时。③二次烧成时用氧化铝瓷板压住纤维毡，高温时利用氧化铝瓷板的重力压制，使纤维毡体积密度提高，并通过在两层氧化铝瓷板间放置小支撑物控制氧化铝瓷板间距，达到控制纤维板厚度和体积密度。本方法获得的陶瓷纤维板的颜色为淡粉色，表面平整，有一定的强度和弹性，可以再次加工，密度为0.45g/cm3，一次烧成收缩为34.3%，二次烧成收缩为19.5%，氧化铈含量在99%以上，金相显微镜观察为竹节状的纤维结构，纤维直径为8-10μm。实施例2：本专利技术所述的氧化铈陶瓷纤维板的制备方法，具体操作如下：(1)剪裁：将6mm厚的有机粘胶纤维毡，依据烧成收缩比剪成需要的大小；(2)溶液配制：用去离子水和Ce(NO3)3·6H2O配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前躯体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法，其特征在于包括以下步骤：将粘胶纤维毡放入含Ce3+的盐溶液中浸渍并搅拌均匀，温度控制为40‑60℃，浸渍2‑8小时，将浸渍后的粘胶纤维毡取出，挤干，抹平，用氨气熏蒸使所吸附的水溶性的Ce3+离子转变成固态，再进行微波干燥，烧成得出本产品。

【技术特征摘要】
1.一种前驱体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法，其特征在于包括以下步骤：将粘胶纤维毡放入含Ce3+的盐溶液中浸渍并搅拌均匀，温度控制为40-60℃，浸渍2-8小时，将浸渍后的粘胶纤维毡取出，挤干，抹平，用氨气熏蒸使所吸附的水溶性的Ce3+离子转变成固态，再进行微波干燥，烧成得出本产品。2.根据权利要求1所述的一种前驱体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法，其特征在于所述含Ce3+的盐溶液配制包括以下步骤：用去离子水和Ce(NO3)3·6H2O配制成浓度为0.2-1mol/L的铈溶液，搅拌均匀，再向溶液中加入0.1%-0.5%的添加剂，边加边搅拌，最后用1：1HCl溶液调节铈溶液的pH值为2-4，所用的添加剂为非离子型表面活性剂和非离子型粘合剂。3.根据权利要求1所述的一种前驱体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维板的方法，其特征在于非离子型表面活性剂和非离子型粘合剂为TritonX-100、AEO7、平平加和PVP。4.根据权利要求1所述的一种前驱体浸渍工艺制备氧化铈陶瓷纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽跃，陆丽芳，许小静，
申请(专利权)人：江苏省陶瓷研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32