一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法及其制得的产品技术

本发明专利技术公开了一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法及其制得的产品，采用铝硅酸盐矿物

【技术实现步骤摘要】
一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法及其制得的产品


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
，尤其涉及一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法及其制得的产品。

技术介绍

[0002]蜂窝陶瓷是一种高比表面积功能性多孔材料，具有良好的物理化学稳定性、低密度、高渗透率、良好的能量吸收性能及耐高温、耐腐蚀、尺寸稳定性高、易于再生等诸多优点；对比传统陶瓷载体，多孔状蜂窝陶瓷载体具有压力小、几何表面大、扩展距离短、有利于反应物的进入和生成物的排除，并可缩小反应器的体积等优点。因此，蜂窝陶瓷特别适用于催化裂化汽油脱硫、汽车尾气的处理、烟道气的净化、高温催化燃烧以及其它化学工程反应器等。现有技术对蜂窝陶瓷的研究开发，主要集中在堇青石、莫来石蜂窝陶瓷的制备、性能和应用上，对Al2O3质蜂窝陶瓷的研究相对较少。
[0003]Al2O3的用途很广泛，可用于催化剂及其载体领域、冶炼金属铝、耐火材料、电子封装用衬底、结构材料、磨料等。其中，低温过渡态的γ
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A12O3具有很多优良特点，如多孔性、高分散度、高比表面积、良好的吸附性等，在石油、生物化工处理等工业中应用也越来越多。然而，如何提高γ
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A12O3蜂窝陶瓷的强度与稳定性是长期难以解决的问题，如在A12O3质蜂窝陶瓷中，介稳态的γ
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A12O3在有水蒸汽或高温存在条件时极易发生相变，向大颗粒化晶化和α
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A12O3热力学上稳定发展，比表面积大幅度下降，而且γ
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A12O3的力学性能不如稳定性更优、结构更为致密的α
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A12O3。因此，从稳定性与力学性能来看，直接选择α
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A12O3作为蜂窝陶瓷的材质更具竞争力。但是α
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A12O3的气孔率、比表面积低于γ
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A12O3，而且α
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A12O3的热膨胀系数大、热导率低，如何提高α
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A12O3蜂窝陶瓷的比表面积、气孔率是一个亟待解决的关键问题。
[0004]SiC纳米线具有高比表面积、高热导率与低热膨胀系数，如果能在α
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A12O3蜂窝陶瓷的表面覆盖SiC纳米线涂层，或者将SiC纳米线加入α
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A12O3蜂窝陶瓷内部，可提高其比表面积、热导率与抗热震性。然而，SiC纳米线原料的成本较高，且作为原料加入坯料中不易混合均匀，而且挤出成型时对模具的损害较大。因此，需要提供一种成本更低、操作性更好的合成SiC纳米线及其涂层的方法，以获得性能优异的α
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A12O3蜂窝陶瓷材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法，采用铝硅酸盐矿物
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铝质原料
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金属铝
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金属硅
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碳为原料体系，通过原位反应合成SiC纳米线、梯级造孔、反应基料辅助合成等工艺，以原位合成的方式和一步烧成获得α
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A12O3蜂窝陶瓷基体及对其改性的SiC纳米线涂层，从而获得高性能、低成本的α
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A12O3蜂窝陶瓷。本专利技术的另一目的在于利用上述SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法制得的产品。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术提供的一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法，以基料、结合剂、润滑剂、反应基料为原料；
[0008]所述基料的组成为铝硅酸盐矿物50～80wt％、铝质原料0～15wt％、预煅烧金属铝质原料5～20wt％、金属硅质原料5～10wt％、碳质原料5～15wt％、碳酸铝1～3wt％、晶种0.1～0.5wt％、催化剂0.1～0.5wt％；
[0009]所述结合剂的用量为基料的3～5wt％，润滑剂的用量为基料的3～5wt％；
[0010]所述反应基料的组成为硅质原料20～50wt％、碳质原料50～80wt％、预煅烧金属铝质原料0～10wt％、金属硅质原料0～10wt％；
[0011]其中，所述预煅烧金属铝质原料为金属铝质原料空气下经500～600℃煅烧2～4h得到；
[0012]制备方法为：将所述基料混合后，加入结合剂混合均匀，再加入润滑剂和相对于基料用量为15～16wt％的水进行拌料、练泥、挤出成型、微波干燥后得到水分含量为＜1％的生坯；然后将所述生坯置于管式炉中的反应基料上，生坯的通孔与管式炉的通气方向平行，进行通还原气氛烧结，升温时在150℃、500～700℃分别保温0.5～1h，烧结温度为1300～1400℃，烧成时间为1～3h，得到SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷。
[0013]进一步地，本专利技术所述铝硅酸盐矿物为高岭土、球土、红柱石、硅线石、蓝晶石、铝矾土中的一种、二种、三种或四种组合；铝质原料为Al(OH)3、γ
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Al2O3、α
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Al2O3的一种或二种组合；金属铝质原料为金属铝粉和/或铝屑；金属硅质原料为金属硅粉、多晶硅废料、单晶硅废料中的一种或其组合；碳质原料为石墨粉、炭粉、碳黑中的一种或其组合；晶种为纳米β
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SiC粉；催化剂为过渡金属Fe、Co、Ni粉中的一种或其组合。
[0014]进一步地，本专利技术所述铝硅酸盐矿物的粒度为80～700目；铝质原料的粒度为80～325目；金属铝质原料的粒度为80～325目；金属硅质原料的粒度为80～700目；碳质原料的粒度为325～1000目；晶种的粒度为50～100纳米；催化剂的粒度为700～1000目。
[0015]上述方案中，本专利技术所述硅质原料为稻壳粉、石英粉、粘土尾矿中的一种或其组合，其粒度为180～700目。所述结合剂为羧甲基纤维素(CMC)和/或羟丙基甲基纤维素(HPMC)；润滑剂为食用油。所述还原气氛的组成为Ar、N2、CO的一种或二种组合。
[0016]利用上述SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法制得的产品，其气孔率≥45％、比表面积≥40m2/g、抗折强度≥60MPa、室温～800℃热震循环30次不开裂。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018](1)本专利技术采用梯级分段造孔的方案，用于提高α
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A12O3蜂窝陶瓷的气孔率与比表面积，并以这些气孔为SiC纳米线生长创造空间。梯级分段造孔工艺如下：
①
室温下，练泥时利用碳酸铝与水反应，形成产物CO2气体与Al(OH)3，气体释放起到造孔的作用；
②
150℃左右利用Al(OH)3的分解产生水汽进行造孔；
③
利用铝硅酸盐矿物在500～700℃释放结构水进行造孔；
④
利用预煅烧金属铝质原料生成的Al2O3膜以及在66本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法，其特征在于：以基料、结合剂、润滑剂、反应基料为原料；所述基料的组成为铝硅酸盐矿物50～80wt％、铝质原料0～15wt％、预煅烧金属铝质原料5～20wt％、金属硅质原料5～10wt％、碳质原料5～15wt％、碳酸铝1～3wt％、晶种0.1～0.5wt％、催化剂0.1～0.5wt％；所述结合剂的用量为基料的3～5wt％，润滑剂的用量为基料的3～5wt％；所述反应基料的组成为硅质原料20～50wt％、碳质原料50～80wt％、预煅烧金属铝质原料0～10wt％、金属硅质原料0～10wt％；其中，所述预煅烧金属铝质原料为金属铝质原料空气下经500～600℃煅烧2～4h得到；制备方法为：将所述基料混合后，加入结合剂混合均匀，再加入润滑剂和相对于基料用量为15～16wt％的水进行拌料、练泥、挤出成型、微波干燥后得到水分含量为＜1％的生坯；然后将所述生坯置于管式炉中的反应基料上，生坯的通孔与管式炉的通气方向平行，进行通还原气氛烧结，升温时在150℃、500～700℃分别保温0.5～1h，烧结温度为1300～1400℃，烧成时间为1～3h，得到SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷。2.根据权利要求1所述的SiC纳米线涂层表面改性氧化铝基蜂窝陶瓷的低温原位制备方法，其特征在于：所述铝硅酸盐矿物为高岭土、球土、红柱石、硅线石、蓝晶石、铝矾土中的一种、二种、三种或四种组合；铝质原料为Al(OH)3、γ
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Al2O3、α
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Al2O3的一种或二种组合；金属铝质原料为金属铝粉和/或铝屑；金属硅质原料为金属硅粉、多晶硅废料、单晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐笑阳，劳新斌，涂治，邓宇洁，
申请(专利权)人：景德镇陶瓷大学，
类型：发明
国别省市：