一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法。采用碳化硅粉、硅粉、碳黑、NaCl

【技术实现步骤摘要】
一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法


[0001]本专利技术属于无机膜分离材料
的一种多孔陶瓷材料的制备方法，特别是一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷膜分离技术是一种高效节能的分离技术，其应用领域涉及化学工业、石油与石油化工、生物化工、食品、电子、医药等行业。市场上的陶瓷膜主要有氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锆和碳化硅等材质。其中，碳化硅陶瓷膜由于其优异的性能，特别是其在水处理领域的应用迅速发展，受到相关的高度关注。碳化硅陶瓷膜主要由碳化硅陶瓷支撑体、碳化硅过渡层和碳化硅膜层。
[0003]目前，SiC陶瓷支撑体制备主要有液相烧结、反应烧结、无压烧结和重结晶烧结等。无压烧结和重结晶烧结碳化硅陶瓷膜所需温度高、能耗高、对烧结炉设备要求高、成本高；液相烧结通常采用低熔点的氧化物作为烧结助剂，烧结温度低，但氧化物含量高；反应烧结温度相对较低，但陶瓷膜品质较差，成本相对较高。各种工艺方法各有优缺点。专利“一种低温烧结耐酸碱多孔碳化硅陶瓷支撑体的制备方法(申请号：CN201710656733.4)”利用一种能耐酸碱的烧结助剂在1400℃以下烧制机械强度高、空隙率高、耐酸碱的多孔碳化硅陶瓷支撑体。专利“液相烧结多通道碳化硅陶瓷膜及其制备方法(申请号：CN201810075180.8)”所述支撑体的原料中含有高岭土和滑石，利用液相烧结有效地降低了烧结温度，烧结温度为1500℃以下。“多通道碳化硅陶瓷膜及其制备方法(申请号：CN201810075202.0)”，将不同碳化硅粉Ⅰ、碳化硅粉Ⅱ以及所述造孔剂混合物料进行混练，得到泥料，并进行挤出成型，得到素坯干燥后烧成，得到多通道碳化硅陶瓷膜。专利“一种碳化硅陶瓷膜及其制备方法(申请号：CN201510449442.9)”将SiC骨料、烧结助剂、增韧助剂、高分子粘结剂按照一定比例混合，经搅拌和球磨、成型、高温烧结、涂膜并烧结后得到多孔碳化硅陶瓷膜。专利“一种常压固相烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法(申请号：CN201811564686.1)”将亚微米级碳化硅粉或纳米级碳化硅粉中的一种、微米级碳化硅粉、碳粉、烧结助剂和有机粘结剂混合，得到混合粉体，在所得混合粉体中加入塑化剂、润滑剂和水混炼后，得到水基碳化硅泥料；将所得水基碳化硅泥料进行挤出成型并干燥，再升温至1750℃～2200℃烧结，得到碳化硅膜支撑体。专利“一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法(申请号：CN201911039324.5)”将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；成型，得到生坯；生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。
[0004]上述方法存在高温烧结(1700℃以上)碳化硅陶瓷支撑体的设备要求高，能耗高和成本高。低温烧结(1500℃左右)碳化硅陶瓷支撑体往往采用低熔点氧化物烧结助剂等，存在耐酸碱性差或强度低等问题。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法，通过硅粉与碳黑固相反应生成的SiC新相与SiC粉体原料共烧结，同时采用NaCl
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KCl熔盐体系的硅碳反应将SiC原料颗粒黏连成连续的多孔陶瓷支撑体。碳化硅陶瓷膜表面由碳化硅纳米纤维交织的纳米纤维构筑均匀孔隙。该制备碳化硅陶瓷膜工艺简捷，烧结温度低，氧化物含量少、孔隙均匀。
[0006]针对现有技术中存在的温度高、设备要求高、能耗大和表面陶瓷膜孔隙较大等问题，在本申请中，突出新生成碳化硅相与碳化硅原料的烧结，获得碳化硅陶瓷支撑体的制备。
[0007]为了实现以上专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术采用碳化硅粉、硅粉、碳黑、NaCl
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KCl熔盐、高岭土、羧甲基纤维素钠、PVP、甘油和水等原料，通过配料、混料成泥、成型、干燥、烧结和浸水除盐等工艺制备碳化硅陶瓷膜。
[0009]本专利技术依靠硅与碳固相反应烧结生成的β
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SiC新相及熔盐液相反应将SiC原料颗粒黏连成多孔陶瓷支撑体，并采用碳化硅纳米纤维浆料涂覆烧结来制备碳化硅陶瓷膜。
[0010]所述方法具体包括：
[0011](1)配料及捏合成泥，挤出成型，烘干制备干素坯：将碳化硅粉体、硅粉、碳粉、NaCl
‑
KCl熔盐、高岭土、羧甲基纤维素和甘油等按照配方称量配料，加水搅拌混料，然后捏合成泥，捏合后的泥料挤出成型，控制成型温度，获得高质量成型坯料的湿碳化硅支撑体素坯，将湿碳化硅支撑体素坯在烘箱内烘干，获得碳化硅素坯；
[0012](2)将上述烘干之后的碳化硅素坯置于高温炉中并抽真空加热，使碳化硅素坯中的粘结成型剂等有机物完全裂解，实现裂解排胶；
[0013](3)碳化硅支撑体烧结：将碳化硅素坯放入烧结炉，高温烧结获得多孔碳化硅，浸水除盐，获得多孔碳化硅支撑体；
[0014](4)将碳化硅纳米纤维和聚乙烯醇(PVA)按照一定浓度混合配置获得碳化硅纳米纤维水浆料，将碳化硅纳米纤维水浆料涂在多孔碳化硅支撑体上，然后将涂浆料后的多孔碳化硅支撑体在烘箱内烘干；
[0015](5)将覆膜了碳化硅纳米纤维的碳化硅支撑体在高温炉中烧结，获得碳化硅陶瓷膜。
[0016]所述(1)中，先将硅粉与碳黑以1：(1～3)的摩尔比进行配料混合获得硅碳复合粉体，可以通过搅拌机封闭搅拌、混料等方式实现原料的均匀混合；然后将碳化硅粉体、硅碳复合粉体、NaCl
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KCl熔盐、高岭土、羧甲基纤维素和甘油按照质量份数为70～80：6～15：2～5：5～10：1～4：0.2～0.5。
[0017]这样通过在碳化硅颗粒中添加碳黑与硅粉并利用低温液相反应烧结制备出碳化硅陶瓷膜，使得碳化硅陶瓷膜具有烧结温度低、氧化物含量少、耐腐蚀、强度高等特点。
[0018]并且在步骤(1)得到的混合原料NaCl
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KCl熔盐对原粉有细化作用，熔盐配比为1:1.2，采用熔盐法，以NaCl
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KCl作熔盐介质，利用Si粉与碳反应在碳化硅原料粉体表面生成SiC新相。
[0019]所述的碳化硅粉体的粒径为0.1～10μm，纯度为99％以上。
[0020]所述(1)中，加水搅拌混料具体过程是：原料在混料机中先干混10～30min，然后加水湿混40～60min，再进行练泥，并置于常温下陈腐24h。
[0021]所述(1)中，在烘箱内烘干，是按照以下特定阶梯控温方式进行处理：
[0022]将泥坯置于常温下晾干12～24h，然后转移到烘箱内，从常温开始升温到50℃，升温速率为1～5℃/min，保温3～5h；
[0023]从50℃开始升温到80℃，升温速率为1～5℃/min，保温3～5h；
[0024]从80℃开始升温到120℃，升温速率为1～5℃/min，保温5～10h。
[0025]上述采用这样的阶梯控温方式进行烘干处理，能够避免本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法，其特征在于：采用碳化硅粉、硅粉、碳黑、NaCl
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KCl熔盐、高岭土、羧甲基纤维素钠、PVP、甘油和水等原料，通过配料、混料成泥、成型、干燥、烧结和浸水除盐等工艺制备碳化硅陶瓷膜。2.根据权利要求1所述的一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括：(1)配料及捏合成泥，挤出成型，烘干制备干素坯：将碳化硅粉体、硅粉、碳粉、NaCl
‑
KCl熔盐、高岭土、羧甲基纤维素和甘油等按照配方称量配料，加水搅拌混料，然后捏合成泥，捏合后的泥料挤出成型，控制成型温度，获得湿碳化硅支撑体素坯，将湿碳化硅支撑体素坯在烘箱内烘干，获得碳化硅素坯；(2)将上述烘干之后的碳化硅素坯置于高温炉中并抽真空加热；(3)将碳化硅素坯放入烧结炉，高温烧结获得多孔碳化硅，浸水除盐，获得多孔碳化硅支撑体；(4)将碳化硅纳米纤维和聚乙烯醇(PVA)按照一定浓度混合配置获得碳化硅纳米纤维水浆料，将碳化硅纳米纤维水浆料涂在多孔碳化硅支撑体上，然后将涂浆料后的多孔碳化硅支撑体在烘箱内烘干；(5)将覆膜了碳化硅纳米纤维的碳化硅支撑体在高温炉中烧结，获得碳化硅陶瓷膜。3.根据权利要求2所述的一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述(1)中，先将硅粉与碳黑以1：(1～3)的摩尔比进行配料混合获得硅碳复合粉体；然后将碳化硅粉体、硅碳复合粉体、NaCl
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KCl熔盐、高岭土、羧甲基纤维素和甘油按照质量份数为70～80：6～15：2～5：5～10：1～4：0.2～0.5。4.根据权利要求2所述的一种低温反应烧结碳化硅陶瓷膜的制备方法，其特征在于：所述(1)中，加水搅拌混料具体过程是：原料在混料机中先干混10～30min，然后加水湿混40～60min，再进行练泥，并置于常温下陈腐24h。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨哲祺，陈建军，程伟强，吕泽行，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：