一种制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，该方法以氮化硅的材料基体，将其与凹凸棒土、金属氧化物、粘结剂、水和润滑油共混，经挤压、干燥、烧结，最终得到气孔率可控、抗弯强度优良的氮化硅蜂窝陶瓷。本发明专利技术中，凹凸棒土的加入不仅提高了蜂窝生坯的强度，也显著缩短了排胶时间，根据本发明专利技术方法制得的氮化硅蜂窝陶瓷的抗弯强度可高达132MPa，提高了良品率，特别适用于高温气氛及腐蚀性气氛下的气体分离用过滤器的基体材料，在汽车尾气处理领域具有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法


[0001]本专利技术属于蜂窝陶瓷材料
，涉及一种制备蜂窝陶瓷的方法，具体涉及一种通过改进工艺配方制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法。

技术介绍

[0002]蜂窝构造非常精巧，它是由无数个大小相同的房孔组成，每个房孔都被其它房孔包围，两个房孔之间只隔着一堵蜡制的墙。因为具有重量轻、节省材料、比表面积大、力学性能突出等一系列优点，在许多领域有着广泛的应用。特别在环保领域，有望应用于各种液体和气体的过滤，如工业用水、生活用水处理和污水净化，油类的分离过滤以及有机溶液、酸碱溶液、一些黏性液体和焦炉煤气、甲烷等气体的分离等方面。
[0003]氮化硅蜂窝陶瓷，尤其是烧成后含有大量β
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Si3N4棒状结构的氮化硅蜂窝陶瓷综合了蜂窝陶瓷和氮化硅陶瓷的优点，具有体积密度小、硬度强度高、耐高温、耐腐蚀、抗热震性好、化学稳定性高等一系列优异性能。由于氮化硅蜂窝陶瓷由于其较大的比表面积而具有良好的吸附性能和活性，可作为催化剂载体，当被催化剂覆盖后，可以增加有效接触面积，提高催化效果。这种蜂窝陶瓷还可用于制造微粒捕集器和熔融金属过滤，其耐久性能得到进一步提高。
[0004]要制备高性能的氮化硅蜂窝陶瓷，通常要经过泥料制备，挤出成型，排胶，烧结等工艺步骤。在泥料制备中通常加入较多的有机粘结剂粘结陶瓷粉料，得到可塑性较好的泥料，如CN103449840B、CN1785894A所述的方法。但这样做经常带来的问题是需要专门的排胶工艺去除有机粘结剂，排胶工艺过程中升温必须缓慢，以避免裂纹等缺陷产生，这导致工艺漫长，生产效率下降等问题。此外蜂窝陶瓷在挤出后和排胶后的生坯强度很低，容易在后续操作中遭到破坏。

技术实现思路

[0005]为了克服上述问题，本专利技术人对现有氮化硅蜂窝陶瓷工艺进行了锐意研究，研究出一种通过改进工艺配方制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，该方法以氮化硅的材料基体，将其与凹凸棒土、金属氧化物、粘结剂、水和润滑油共混，经挤压、干燥、烧结，最终得到气孔率可控、抗弯强度优良的氮化硅蜂窝陶瓷。本专利技术中，凹凸棒土的加入不仅提高了蜂窝生坯的强度，也显著缩短了排胶时间，根据本专利技术方法制得的氮化硅蜂窝陶瓷的抗弯强度可高达132MPa，提高了良品率，特别适用于高温气氛及腐蚀性气氛下的气体分离用过滤器的基体材料，在汽车尾气处理领域具有广阔的应用前景，从而完成了本专利技术。
[0006]具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：
[0007](1)制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，所述方法包括：
[0008]步骤1，混料，得到泥料；
[0009]步骤2，将泥料烧结处理。
[0010](2)根据(1)所述的方法，在步骤1中，以氮化硅粉末为基体材料，以助烧剂、粘结
剂、黏土矿物、水和润滑油为助剂，进行混料。
[0011](3)根据(2)所述的方法，所述助烧剂优选为金属氧化物；所述粘结剂为有机粘结剂；所述黏土矿物包括凹凸棒土、海泡石、高岭土、蒙脱石中的任意一种或几种。
[0012](4)根据(2)或(3)所述的方法，混料时，原料的重量配比为：氮化硅为50～70wt％，助烧剂为0～5wt％，粘结剂为0～3wt％，黏土矿物为3～15wt％，润滑油为1～7wt％，水为15～30wt％。
[0013](5)根据(1)所述的方法，将氮化硅、助烧剂、黏土矿物、粘结剂干混，然后加入水和润滑油，练泥10～60min，得到混合均匀的泥料。
[0014](6)根据(1)所述的方法，在步骤2中，烧结处理前，优选将泥料进行挤压、干燥、排出有机物处理。
[0015](7)根据(6)所述的方法，所述排出有机物处理的温度为500～700℃。
[0016](8)根据(6)所述的方法，烧结处理的温度为1500～2000℃，烧结处理的时间为0.1～6h。
[0017](9)根据1所述的方法，所述烧结在惰性气体气氛中进行。
[0018](10)氮化硅蜂窝陶瓷，优选根据(1)～(9)之一所述的方法制得，所述氮化硅蜂窝陶瓷的抗弯强度为50～180MPa，优选为60～150MPa，更优选为100～140MPa。
[0019]本专利技术所具有的有益效果包括：
[0020](1)本专利技术提供的制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，通过加入凹凸棒土，使得蜂窝生坯的抗弯强度提高了50％以上，缩短排胶时间至1～2小时，具有生产效率高、制备成本低，对环境友好的优势。
[0021](2)本专利技术提供的制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，避免或大大减少泥料中粘结剂、润滑油、助烧剂的加入，有效提高了生产效率。
[0022](3)本专利技术提供的制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，制得的氮化硅蜂窝陶瓷的强度可高达98～132MPa，提高了良品率。
[0023](4)本专利技术提供的氮化硅蜂窝陶瓷，特别适用于高温气氛及腐蚀性气氛下的气体分离用过滤器的基体材料，也有望取代传统的堇青石和传统的碳化硅蜂窝陶瓷。
附图说明
[0024]图1示出本专利技术实施例1中SEM表征照片；
[0025]图2示出本专利技术实施例3中SEM表征照片。
具体实施方式
[0026]下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0027]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0028]本专利技术一方面，提供制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，所述方法包括：
[0029]步骤1，混料，得到泥料。
[0030]在步骤1中，泥料的原料以氮化硅粉末为基体材料，以助烧剂、粘结剂、黏土矿物、水和润滑油为助剂，进行混料。
[0031]根据本专利技术，所述助剂的掺杂对制备的氮化硅蜂窝陶瓷的性能有直接影响，尤其是黏土矿物的加入，使得氮化硅蜂窝陶瓷的蜂窝生坯强度得到显著的提高，排胶时间明显缩短，黏土矿物的来源广泛、成本低，对环境非常友好。
[0032]根据本专利技术，所述黏土矿物包括凹凸棒土、海泡石、高岭土、蒙脱石中的任意一种或几种，优选为凹凸棒土，其又称为坡缕石或坡缕缟石，是具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，在单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状，其可天然开采或市售购得。
[0033]本专利技术人意外发现，凹凸棒土掺杂制备氮化硅蜂窝陶瓷，不仅能有效提升氮化硅蜂窝陶瓷的蜂窝生坯强度，还能避免或减少粘结剂的使用量，不受任何理论束缚，本专利技术人认为其原因可能在于：
[0034](1)凹凸棒土以凹凸棒石为主要组分，而凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。由于凹凸棒土粘结性能好，在冶金行业上已作为铸造型砂粘结剂、铁矿球团粘结剂。
[0035](2)凹凸棒土属于无机材料，所以用作氮化硅泥料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.制备氮化硅蜂窝陶瓷的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，混料，得到泥料；步骤2，将泥料烧结处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，以氮化硅粉末为基体材料，以助烧剂、粘结剂、黏土矿物、水和润滑油为助剂，进行混料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述助烧剂优选为金属氧化物；所述粘结剂为有机粘结剂；所述黏土矿物包括凹凸棒土、海泡石、高岭土、蒙脱石中的任意一种或几种。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，混料时，原料的重量配比为：氮化硅为50～70wt％，助烧剂为0～5wt％，粘结剂为0～3wt％，黏土矿物为3～15wt％，润滑油为1～7wt％，水为15～30wt％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜广鹏，陶栋梁，王永忠，罗春华，殷榕灿，
申请(专利权)人：阜阳师范大学，
类型：发明
国别省市：