堇青石泡沫陶瓷材料及其制备方法以及过滤器技术

本发明专利技术提供一种堇青石泡沫陶瓷材料及其制作方法以及过滤器，堇青石泡沫陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：步骤S10，将氧化镁、氧化铝、二氧化硅以摩尔比2:2:5进行配料，并将配料与水配置成浆料；步骤S20，将浆料倒出，并进行发泡处理，获得泡沫浆料；步骤S30，将泡沫浆料倒入模具中并使其发生凝胶反应，获得坯体；步骤S40，将坯体进行微波干燥处理以使坯体干燥；步骤S50，将干燥后的坯体放在烧结炉中进行烧结，获得堇青石泡沫陶瓷材料。本发明专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的制备方法具有可控性，该方法得到的高堇青石泡沫陶瓷材料使用寿命长，强度高，气孔率高。

Cordierite foam ceramic material, preparation method and filter thereof

The invention provides a cordierite foam ceramic material and a manufacturing method and a filter thereof. The preparation method of cordierite foam ceramic material comprises the following steps: step S10, proportioning Magnesium Oxide, alumina and silicon dioxide at a molar ratio of 2:2:5, and placing batching and water into slurry; and step S20, pour out the slurry. Foam treatment was carried out to obtain foam slurry; step S30, the foam slurry was poured into the mold and the gel was reacted to obtain the green body; step S40, the body was dried by microwave drying so as to make the green body dry; in step S50, the dried billet was sintered in the sintering furnace to obtain cordierite foam ceramic material. The preparation method of cordierite foam ceramic material in the embodiment of the invention is controllable, and the high cordierite foam ceramic material obtained by the method has long service life, high strength and high porosity.

【技术实现步骤摘要】
堇青石泡沫陶瓷材料及其制备方法以及过滤器
本专利技术涉及陶瓷块体的制备方法，更具体地，涉及一种堇青石泡沫陶瓷材料及其制备方法，以及包括该堇青石泡沫陶瓷材料的过滤器。
技术介绍
如今环境问题引起人们高度重视，其中，汽车尾气是大气污染的重要来源。人们采用各种手段和措施降低污染，然而，目前可行性最高最经济适用的方法就是通过制备高性能的过滤器来减排。堇青石是一种抗腐蚀性好、热膨胀系数低、热导率较高的陶瓷材料，目前作为汽车尾气过滤器载体已经得到了广泛的应用。现在工业上主要采用添加造孔剂挤出法制备堇青石蜂窝陶瓷材料，并将其作为过滤器载体，该方法得到的陶瓷材料强度较高，但是气孔率较低，一般在60％左右，从而其比表面积较小，过滤效果欠佳。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种气孔与强度良好匹配的堇青石泡沫陶瓷材料，以期在满足材料强度在适用范围内的条件下，得到比表面积更大的过滤器载体，能更大程度的将催化剂浸渗到陶瓷载体上，提高过滤器过滤效果。本专利技术一方面提出一种堇青石泡沫陶瓷材料。本专利技术还提出一种堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法。本专利技术进一步还提出一种过滤器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术第一方面实施例的堇青石泡沫陶瓷材料由包括以下的原料制备而成：氧化镁、氧化铝、二氧化硅，其中，氧化镁：氧化铝：氧化硅的摩尔比为2:2:5,所述堇青石泡沫陶瓷材料的气孔率为79％-89％，体积密度为0.28g/cm3-0.45g/cm3，抗压强度为0.90MPa-6.80MPa。根据本专利技术第二方面实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法，包括以下步骤：步骤S10，将氧化镁、氧化铝、二氧化硅以摩尔比2:2:5进行配料，并将所述配料与水配置成浆料；步骤S20，将所述浆料倒出，并进行发泡处理，获得泡沫浆料；步骤S30，将所述泡沫浆料倒入模具中并使其发生凝胶反应，获得到坯体；步骤S40，将所述坯体进行微波干燥处理以使所述坯体干燥；步骤S50，将干燥后的所述坯体放在烧结炉中进行烧结，获得所述堇青石泡沫陶瓷材料。进一步地，在所述步骤S10中，所述氧化镁的粒度为50nm-1500nm,所述氧化铝的粒度为300nm-1000nm,所述二氧化硅的粒度为100nm-500nm。进一步地，在所述步骤S10中，所述浆料的固含量为15vol％-25vol％。进一步地，所述步骤S10包括：步骤S11，将单体、交联剂以及分散剂加入水中机械搅拌以形成预混液；步骤S12，将氧化镁、氧化铝和二氧化硅的配料加入所述预混液中，通过滚筒球磨机球磨15h-20h，其中，所述单体为丙烯酰胺，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述分散剂为聚丙烯酸铵，其中，所述单体为所述浆料中水的质量的5-15％，所述交联剂为所述浆料中水的质量的0.5％-1.5％，所述分散剂为所述氧化镁、氧化铝、二氧化硅的总质量的0.5％-1.5％。进一步地，所述步骤S20具体包括：在所述泡沫浆料中加入发泡剂并搅拌均匀，得到所述泡沫浆料，其中，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠,所述发泡剂在所述泡沫浆料中的体积浓度为1g/L-5g/L。进一步地，所述步骤S30包括：步骤S31，在所述泡沫浆料中加入催化剂；步骤S32，待所述泡沫浆料稳定后加入引发剂并搅拌均匀；步骤S33，将加入有所述催化剂和引发剂的所述泡沫浆料倒入模具中以发生凝胶反应，获得坯体；其中，在所述步骤S31中，所述催化剂为四甲基乙二胺，所述催化剂相对于所述单体的质量比为4％-8％；在所述步骤S32中，所述引发剂为过硫酸铵,所述引发剂相对于所述单体的质量比为10％-20％。进一步地，在所述步骤S40，对所述坯体进行间断式微波干燥处理，其中，总干燥时间为20h-40h,以8KW-15KW的功率进行微波处理，每次微波处理的时间为5秒-15秒，两次微波处理之间间隔5分钟-15分钟。进一步地，在所述步骤S50中，所述坯体放在烧结炉中进行烧结的过程中，分别在100℃、350℃、600℃保温1h，在1300℃保温3h，在1450℃保温5h，再以2℃/min的速度降温到300℃，此后随炉冷却到室温。根据本专利技术第三方面实施例的过滤器，所述过滤器的载体包括根据上述实施例的堇青石泡沫陶瓷材料。本专利技术的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：1)根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法，所得到的堇青石泡沫陶瓷材料为纯度较高的堇青石相，堇青石的晶体结构的空隙较大，对称性较低且结构不紧密，当温度升高时，分子受热震动有足够的空间，即堇青石本身具有良好的抗热震性能和较低的热导率，当将所得到的堇青石泡沫陶瓷材料用作过滤器载体时，可以使得过滤器有较长的使用寿命；2)本专利技术采用纯度较高、粒度较小的原料粉为原材料，由于无其他杂质元素其共熔点较高，则烧结温度较高；在较高的烧结温度下仍能保持多孔的结构并且在烧结后没有其他杂质相，且由于原料粒度较小其反应活性较高，颗粒之间的结合程度大大提高，有利于得到强度较高的泡沫陶瓷材料；3)本专利技术将机械发泡和凝胶注膜两种工艺相结合，利用机械发泡工艺制备泡沫浆料，利用凝胶注膜工艺使泡沫在短时间内固定并稳定存在，大大减少泡沫的破裂与聚合，最终得到的泡沫陶瓷材料其微观结构中孔径均匀且中位孔径较小，比表面积更大；4)通过对坯体采用间断式微波作用干燥工艺，使坯体在干燥过程中从内至外均匀收缩，减少坯体内裂纹的产生，从而提高泡沫陶瓷材料的抗压强度与抗热震性能，延长其使用寿命；5)根据本专利技术的实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的制备方法，可控性强，通过调节发泡体积、固含量等参数控制样品的气孔率、抗压强度及中位孔径分布等；6)根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料，气孔率达到79％-89％，体积密度为0.28g/cm3-0.45g/cm3，抗压强度为0.90MPa-6.80MPa，作为过滤器载体材料，在满足材料强度在适用范围内的条件下，得到比表面积更大的过滤器载体，能够更大程度的将催化剂浸渗到陶瓷载体上，以提高过滤器过滤效果。附图说明图1为根据本专利技术一个实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法的流程图；图2为根据本专利技术另一个实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法的流程图；图3为根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的X－射线衍射图谱；图4为根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料的断口处微观孔结构的电子扫描显微镜照片。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面首先具体描述根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料。根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料由包括以下的原料制备而成：氧化镁、氧化铝、二氧化硅，其中，氧化镁：氧化铝：氧化硅的摩尔比为2:2:5,堇青石泡沫陶瓷材料的气孔率为79％-89％，体积密度为0.28g/cm3-0.45g/cm3，抗压强度为0.90MPa-6.80MPa。根据本专利技术实施例的堇青石泡沫陶瓷材料，具有强度高且气孔率高的特点，用该堇青石泡沫陶瓷材料制作的过滤器载体具有更大的比表面积，催化剂可以更大程度地浸渗到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堇青石泡沫陶瓷材料，其特征在于，由包括以下的原料制备而成：氧化镁、氧化铝、二氧化硅，其中，氧化镁：氧化铝：氧化硅的摩尔比为2:2:5,所述堇青石泡沫陶瓷材料的气孔率为79％‑89％，体积密度为0.28g/cm3‑0.45g/cm3，抗压强度为0.90MPa‑6.80MPa。

【技术特征摘要】
1.一种堇青石泡沫陶瓷材料，其特征在于，由包括以下的原料制备而成：氧化镁、氧化铝、二氧化硅，其中，氧化镁：氧化铝：氧化硅的摩尔比为2:2:5,所述堇青石泡沫陶瓷材料的气孔率为79％-89％，体积密度为0.28g/cm3-0.45g/cm3，抗压强度为0.90MPa-6.80MPa。2.一种堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，将氧化镁、氧化铝、二氧化硅以摩尔比2:2:5进行配料，并将所述配料与水配置成浆料；步骤S20，将所述浆料倒出，并进行发泡处理，获得泡沫浆料；步骤S30，将所述泡沫浆料倒入模具中并使其发生凝胶反应，获得坯体；步骤S40，将所述坯体进行微波干燥处理以使所述坯体干燥；步骤S50，将干燥后的所述坯体放在烧结炉中进行烧结，获得所述堇青石泡沫陶瓷材料。3.根据权利要求2所述的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法，其特征在于，在所述步骤S10中，所述氧化镁的粒度为50nm-1500nm,所述氧化铝的粒度为300nm-1000nm,所述二氧化硅的粒度为100nm-500nm。4.根据权利要求2所述的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法，其特征在于，在所述步骤S10中，所述浆料的固含量为15vol％-25vol％。5.根据权利要求2所述的堇青石泡沫陶瓷材料的制作方法，其特征在于，所述步骤S10包括：步骤S11，将单体、交联剂以及分散剂加入水中机械搅拌以形成预混液；步骤S12，将氧化镁、氧化铝和二氧化硅的配料加入所述预混液中，通过滚筒球磨机球磨15h-20h，其中，所述单体为丙烯酰胺，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述分散剂为聚丙烯酸铵，所述单体为所述浆料中水的质量的5％-15％，所述交...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翠伟，李昊，武令豪，邓娜娜，李世波，周洋，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11