一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器及其制备方法，该陶瓷过滤器由一定配比的碳化硅砂、高岭土、金属硅粉、添加剂和结合剂制备而成。其制备方法为：1、将高岭土、金属硅粉和添加剂进行球磨，得到小料；2、将结合剂加入碳化硅中，混合均匀，加入小料，混匀，得到混合物料；3、将混合物料进行困料，再混合均匀，得到颗粒料；4、将颗粒料加入模具中压制成型，得到多孔湿坯；5、将湿坯烘干，得到干坯；6、将干坯置于氮化炉中烧结，得到一次烧结品；7、将一次烧结品浸入金属硅粉悬浮液中，取出后继续烧结。该陶瓷过滤器颗粒结合强度高，不掉渣；耐高温；抗热冲击性能和热稳定性能良好；过滤精度高；开孔率高，气孔直径分布集中。该方法简单，操作方便，制备成本低。

Silicon nitride bonded silicon carbide ceramic filter and preparation method thereof

The invention discloses a silicon nitride bonded silicon carbide ceramic filter and a preparation method thereof. The ceramic filter is prepared from a certain proportion of silicon carbide sand, kaolin, metal silicon powder, additives and binders. The preparation methods are as follows: 1. Ball milling kaolin, metal silicon powder and additives to obtain small aggregates; 2. Adding binder into silicon carbide, mixing evenly, adding small aggregates, mixing evenly, to get mixture; 3. Mixing the mixture into trap, then mixing evenly, to get granular aggregates; 4. Pressing the granular aggregates into the mould. Forming, get porous wet billet; 5. Drying the wet billet to get dry billet; 6. Sintering the dry billet in nitriding furnace to get a primary sintered product; 7. Immersing the primary sintered product in the suspension of metal silicon powder, take it out and continue to sinter. The ceramic filter has high particle bonding strength, no slagging, high temperature resistance, good thermal shock resistance and thermal stability, high filtration accuracy, high porosity and concentrated pore diameter distribution. The method is simple, easy to operate and low in preparation cost.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷过滤
，具体涉及一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器及其制备方法。
技术介绍
在铝精炼行业中，常用的板式过滤器为泡沫陶瓷过滤器，泡沫陶瓷过滤器的基本材质有氧化铝，氧化锆和氧化钇，碳化硅三大类。对于氧化铝类泡沫过滤器而言，其主要问题是耐高温性差、抗热冲击性能差、热稳定性能差和过滤精度低，以30PPI(泡沫过滤器型号)泡沫过滤器为例，对10μm以下的颗粒的过滤能力只有30％，完全达不到精密铝制品过滤要求。对于氧化锆和氧化钇类泡沫过滤器而言，其主要问题是价格较高，加工时对人体有伤害。如中国专利“一种氧化钇泡沫陶瓷过滤器”(201010511259.4)，该陶瓷过滤器的耐高温性好、强度高和过滤性能好，但其制作工艺复杂，而且氧化钇价格高。目前，研发较多的是碳化硅类陶瓷过滤器，如中国专利“一种碳化硅陶瓷过滤板”(201410704684.3)，其优点是采用三层结构，具有更加合理的孔梯度，孔径可调，过滤时不易堵塞，其缺点是并未强调其高温时的稳定性，且工艺过于复杂，制备成本相对较高。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器的制备方法，该陶瓷过滤板颗粒结合强度高，不掉渣；耐高温；抗热冲击性能和热稳定性能良好，过滤精度高，开孔率高，气孔直径分布集中。该制作方法简单，操作方便，制备成本低。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，由以下质量分数的原料制备而成：碳化硅砂75-85％；高岭土1-2％；金属硅粉5-12％；添加剂1-2％；结合剂7-14％。进一步，所述碳化硅砂的粒度范围为4-50目。进一步，所述的结合剂的制备方法为：先将结合剂原料和水按质量比为1:10-20的比例混合，再用水浴法进行溶解。进一步，所述的结合剂原料为聚乙烯醇、糊精、硅酸钠、磺化木质素、羧甲基纤维素、海藻酸盐中的一种或者多种。进一步，所述的添加剂为钇稳定氧化锆、氧化钇、氮化铝、氧化铝、碳化硼、氮化硼中的一种或多种。一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器的制备方法，包括如下步骤：1、将高岭土、金属硅粉、添加剂进行干法球磨，球磨至粒径为不大于20μm，得到小料；2、将粗碳化硅砂加入混合机中，然后加入结合剂，混合均匀，再加入混合粉末后混合均匀，得到混合物料；3、将混合物料进行困料24-72小时，困料温度为25-40℃，困料结束后，混合均匀，得到湿润的颗粒料；4、将颗粒料加入模具中，用半干压成型法压制成型，得到多孔湿坯；5、将湿坯放入烘箱中，在110-180℃下烘干，得到干坯；6、将干坯置于氮化炉中，以30-100℃/h的速率进行升温，先升温至1000-1200℃，保温1.5-2.5小时，接着升温至1400-1500℃，继续保温1.5-2.5小时，再自然冷却至室温，得到一次烧结品；7、将一次烧结品浸入金属硅粉悬浮液中，3-8分钟后取出，接着在110-180℃下烘干，得到干燥品；8、将干燥品置于氮化炉中，以30-100℃/h的速率进行升温，先升温至1000-1200℃，保温1.5-2.5小时，接着升温至1400-1500℃，继续保温1.5-2.5h，再自然冷却至室温，得到所述的碳化硅陶瓷过滤器。进一步，金属硅粉悬浮液的配制方法为：将金属硅粉与水按1:5-15的比例混合，搅拌均匀。与现有技术相比，本专利技术的有益效果和优点在于：1、该氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器颗粒结合强度高，不掉渣；开孔率高，气孔直径分布集中；过滤速度快，过滤精度高，气孔直径分布集中。2、该氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器耐高温，且耐腐蚀，适用于1450℃以下的高温工作环境，适用于有色金属铸造精炼过滤，也可用于固相分离领域。3、该氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器制作工艺简单，制作过程中，分两次烧结，保证产品强度，同时还不会因产生过多纤维状氮化硅而堵塞气孔，保证其孔径大小，进而保证过滤速度。4、该氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器通过改变碳化硅砂的粒度分布，制成气孔直径不一样的产品，从而获得过滤速度及过滤精度不同的产品。附图说明图1为实施例1制备的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板的过滤效能测试结果图。图2为实施例4制备的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板的孔径分布图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板，由以下质量分数的原料制备而成：结合剂的制备方法为：先将聚乙烯醇、硅酸钠、木质素磺酸钠和水按2:1:2:75的质量比混合，再在水浴(100℃)中进行溶解。上述的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板的制作方法是：1、将高岭土、金属硅粉、钇稳定氧化锆和碳化硼放入球磨机中，球磨24小时，球磨至小于15μm，得到小料；2、将粗碳化硅砂加入混合机中，然后加入结合剂，混合均匀，再加入小料后混合均匀，得到粗碳化硅砂外包细粉的混合物料；3、将混合物料进行困料48小时，困料温度为30℃，困料结束后，混合均匀，得到湿润的颗粒料4、将颗粒料加入模具中，用半干压成型法压制成型，得到板状的多孔湿坯；5、将湿坯放入烘箱中，在150℃下烘2小时，得到板状干坯；6、将干坯置于氮化炉中，以50℃/h的速率进行升温，先升温至1100℃，保温2小时，接着升温至1450℃，继续保温2小时，再自然冷却至室温，得到一次烧结品；7、将金属硅粉与水按质量比为1:10的比例混合，搅拌均匀，得到金属硅粉悬浮液，将一次烧结品浸入金属硅粉悬浮液中，5分钟后取出，接着在150℃下烘2小时，得到干燥品；8、将干燥品置于氮化炉中，以50℃/h的速率进行升温，先升温至1100℃，保温2小时，接着升温至1450℃，继续保温2小时，再自然冷却至室温，得到所述的碳化硅陶瓷过滤板。实施例2-4实施例2-4与实施例1的制作方法相同，原料配方中仅碳化硅砂的粒度不同，实施例2-4的原料配方如下表1所示：表1实施例2-4的原料配方将实施例1-4制作的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板进行测试，测试其抗折强度、气孔率、中值孔径过水速度和过铝液速度，测试结果见下表2：表2实施例1-4的碳化硅陶瓷过滤板的性能由表2可知，本专利技术的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板常温和高温下的强度高，气孔率高，过水速度和过铝液速度大。将实施例1制备的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板进行过滤效能测试，所得结果如图1所示，由图1可知，与传统泡沫陶瓷30PPI相比，实施例1制备的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤的过滤性能的优势明显，当固体颗粒物的直径达到50μm以上，实施例制备的陶瓷过滤板的过滤比例大于95％，过滤效果非常好。将实施例4制备的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板进行孔径测试，其孔径分布图如图2所示，由图2可知，实施例2制备的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤板的孔径比较集中，集中在400-800μm之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，其特征在于由以下质量分数的原料制备而成：碳化硅砂75‑85％；高岭土1‑2％；金属硅粉5‑12％；添加剂1‑2％；结合剂7‑14％。

【技术特征摘要】
1.一种氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，其特征在于由以下质量分数的原料制备而成：碳化硅砂75-85％；高岭土1-2％；金属硅粉5-12％；添加剂1-2％；结合剂7-14％。2.根据权利要求1所述的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，其特征在于：所述粗碳化硅砂的粒度范围为4-50目。3.根据权利要求1所述的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，其特征在于所述的结合剂的制备方法为：先将结合剂原料和水按质量比为1:10-20的比例混合，再用水浴法进行溶解。4.根据权利要求2所述的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，其特征在于：所述的结合剂原料为聚乙烯醇、糊精、硅酸钠、磺化木质素、羧甲基纤维素、海藻酸盐中的一种或者多种。5.根据权利要求1所述的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器，其特征在于：所述的添加剂为钇稳定氧化锆、氧化钇、氮化铝、氧化铝、碳化硼、氮化硼中的一种或多种。6.一种权利要求1所述的氮化硅结合碳化硅陶瓷过滤器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：6.1、将高岭土、金属硅粉、添加剂进行干法球磨，球磨至粒径为不大于20μm，得到小料；6.2、将碳化硅砂加入混合机中，然后加入结合剂，混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋南，王惠民，夏志强，吴急涛，黄涛，
申请(专利权)人：汉江弘源襄阳碳化硅特种陶瓷有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42