本发明专利技术公开了一种涉及耐火材料领域的碳纳米管补强透气通道的透气功能元件，包括透气功能元件基体，所述透气功能元件基体具有透气通道，在所述透气通道中形成有三维网状结构的碳纳米管，本发明专利技术还涉及所述碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的制备方法，该制备方法包括混料、成型、烧制的步骤完成。本发明专利技术的碳纳米管补强透气通道的透气功能元件及其制备方法，解决了现有技术中透气功能元件在保障单位时间内气体流量的前提下，容易导致金属液在静压力的作用下向多孔塞内渗透的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耐火材料领域，具体涉及ー种碳纳米管补强透气通道的透气功能元件，本专利技术还涉及所述碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的制备方法。
技术介绍
常压吹氩技术以及真空吹氩辅助处理技术是火法冶金中常用的去除金属液内部的氧化物夹杂以及气体夹杂的方法，在上述处理技术实施的过程中，弥散型透气塞或直通孔透气砖是将氩气从冶金设备外部成功导入金属熔液内部的关键功能元件之一，透气塞或者直通孔透气砖性能的优劣直接影响金属液的精炼过程能否顺利进行，和冶炼综合成本的降低。在实际使用吋，以铜液为例，其在冶炼温度下具有较低的粘度，其向透气塞或者直通 孔透气砖的孔道内进行渗透的能力极强，极易渗透进入透气塞或者直通孔透气砖的气孔内部，从而引起耐火材料的变质与损毁。考虑到上述技术问题，目前，在大多数铜水精炼设备中都是采用氧化镁质、刚玉质或者镁铬质多孔塞作为氩气导入的功能元件；为了降低气流的阻力系数，保证单位时间内导入铜水内的氩气量，所以要考虑尽可能地提高氧化镁质或者镁铬质多孔塞内的气孔孔径尺寸，将其控制在几十甚至上百微米；上述设置虽然在单位时间内保证了导入铜水内部的氩气量，但是由于气孔孔径尺寸较大，加之铜水的流动性和滲透性都极强，所以很容易导致在停止供气时铜水极易在静压カ的作用下，渗透进入多孔塞，并堵塞多孔塞，使多孔塞丧失导气功能，进而影响吹氩设备的正常运转。经测试表面，铜水渗透进入多孔塞的深度一般都会达到IOOmm以上。所以，在这种情况下若要通过清除铜水来恢复多孔塞的正常使用是极为困难的。所以，在保证氩气供气流量的前提下，提高多孔塞抵抗粘度较低的金属液向其内部滲透的能力，并进ー步提高多孔塞的使用寿命，是本领域技术人员一直关注的热点。碳纳米管作为ー维纳米材料，其重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的性能，诸如力学性能、电学性能、储氢、光学性能。但是，目前现有技术中还没有碳纳米管应用于透气功能元件的相关报道。中国专利文献CN101269980A公开了ー种粗大碳纳米管及碳纳米纤维在碳复合耐火材料中的生成方法，该方法通过向含碳复合耐火材料中加入适量催化剂，在一定高温下进行焙烧从而得到内部形成有数量大、生长良好的粗大碳纳米管或碳纳米纤维的碳复合耐火材料，该文献还公开，纳米炭黑的加入可以提高碳复合耐火材料的抗氧化性、抗熔渣侵蚀性及其強度；但是，该技术以耐火材料原料中的石墨为碳源在催化剂的作用下形成均散于碳复合耐火材料内部的碳纳米管及碳纳米纤维，因为该方法中的石墨作为碳源是固定在复合材料内部，从而焙烧时无法向透气通道中生长形成碳纳米管。同吋，按照该方法生产的碳复合耐火材料产品中的碳纳米管没有生长在透气通道中，从而无法提高透气功能元件抵抗金属液进入透气通道的能力。同时，该中国专利文献CN101269980A还公开了通过将催化剂和其他原料混合来制备具有粗大碳纳米管及碳纳米纤维的碳复合耐火材料的方法，即首先将催化剂溶于水，然后将催化剂的水溶液和原料中的板状刚玉粉或者石墨充分混合，烘干后再和其他原料混合，这是因为催化剂一般为粒状，无法直接和耐火材料的基材混合均匀，上述混料方式在一定程度上解决了粒状催化剂无法和基料混合均匀的问题，但是，由于催化剂在水溶液中溶解过程比较缓慢，表面上看已经溶解，没有沉淀，实际上此时催化剂在水中还是以比较大的分子群的形式存在，若以这种状态下的催化剂溶液和粉料混合、干燥形成的混合物中，催化剂还是会在一定程度上存在团聚现象，使得催化剂的比表面积降低，无法在最大程度上起到催化剂的催化活性。上述在耐火材料内部形成碳纳米管的技术中，因为坯体内部整个作为碳纳米管的形成区域，相对而言，面积较大，所以一定程度的催化剂的团聚并不会对碳纳米管的生成造成直接的影响，但是对于透气功能元件而言，要在数量较少的透气通道中形成碳纳米管，这就需要透气通道的内表面上均匀分布有足够数量的催化剂，一定程度的催化剂的团聚就很有可能导致数量很少的透气通道中仅有少量的催化剂分布，从而影响透气通道中碳纳米管的形成。中国专利文献CN1266018A公开了ー种镍催化裂解甲烷制备碳纳米管的方法，该方法是反应器内放置催化剂，然后通入甲烷和氢气的混合气体，甲烷在催化剂的作用下裂 解形成碳纳米管，该方法中的处理温度为500 800°C，甲烷和氢气的混合气体中，甲烷和氢气的体积比20 : I至I : I之间，最佳的是在10 : I至3 : I之间，并且在I : 10至I I之间变化时，碳纳米管的收率逐渐减小，当I : 10是可以达到25%，在I : I是仅有0. 4%。该现有技术中是在反应器这样的开放的空间内形成碳纳米管，在开放空间内，反应气体可以和催化剂更加充分的接触、可以在反应器内任何适宜的地方生成碳纳米管，因此在该开放空间形成碳纳米管相对于透气功能元件内部的透气通道这种特定半封闭的空间内形成碳纳米管容易的多，而且，该现有技术中没有提到碳纳米管的具体应用，故本领域的技术人员不会想到将该现有技术的方法应用到在透气元件的透气通道中形成碳纳米管エ艺中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是现有技术中透气功能元件在保障単位时间内气体流量的前提下，容易导致金属液在静压カ的作用下向多孔塞内滲透的问题，进而提供一种碳纳米管补强透气通道的透气功能元件。本专利技术所要解决的第二个技术问题是，现有的在制备碳纳米管的エ艺不能直接适用于制备所述碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的问题，进而提供一种碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下碳纳米管补强透气通道的透气功能元件，包括透气功能元件基体，所述透气功能元件基体具有透气通道，在所述透气通道中形成有三维网状结构的碳纳米管。所述的碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的制备方法，包括如下步骤SOl :混料将甲烷裂解催化剂和透气功能元件的基体材料混合均匀；S02 :成型将步骤I中混匀后的原料压制成所需的形状，得到透气功能元件素坯；S03 :烧制在600 800°C下处理0. 5 3小吋，处理过程中氢气、甲烷混合气体通过所述透气功能元件素坯内的透气通道，在所述透气通道内生成碳纳米管，所述氢气、甲烷混合气体中氢气与甲烷的摩尔比为I : I I : 3。 优选的，所述的透气功能元件为弥散型透气塞或多孔塞。优选的，所述步骤(SOl)包括以下步骤Sll :将甲烷裂解催化剂与所述基体材料中的粉料混合均匀；S12 :再将步骤Sll中混合均匀的物料与所述基体材料中的骨料、结合剂混合均匀。优选的，所述步骤Sll包括以下步骤S21 :将甲烷裂解催化剂充分溶解于水或者こ醇水溶液中制备成溶液；S22 :将所述溶液与所述粉料在球磨机中共磨，然后在80 150°C下烘干，得到甲烷裂解催化剂与粉料互相分散均匀的物料。优选的，所述こ醇水溶液的浓度小于或等于90wt%。优选的，所述甲烷裂解催化剂的添加量为所述粉料的0. 5% 3. 0%，所述水或者こ醇水溶液的质量是所述粉料的质量的2% 6%。优选的，在所述步骤S02和步骤S03之间还包括以下步骤将所述透气功能元件素坯在450 550°C下进行脱水处理。优选的，所述粉料为粒度小于或等于200目的物料，所述骨料为粒度大于200目的物料。优选的，所述甲烷裂解催化剂采用镍、铁、钴本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.碳纳米管补强透气通道的透气功能元件，包括透气功能元件基体，所述透气功能元件基体具有透气通道，其特征在于，在所述透气通道中形成有三维网状结构的碳纳米管。2.权利要求I所述的碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的制备方法，包括如下步骤 501:混料 将甲烷裂解催化剂和透气功能元件的基体材料混合均匀； 502:成型 将步骤I中混匀后的原料压制成所需的形状，得到透气功能元件素坯； 503:烧制 在600 800°C下处理0. 5 3小时，处理过程中氢气、甲烷混合气体通过所述透气功能元件素坯内的透气通道，在所述透气通道内生成碳纳米管，所述氢气、甲烷混合气体中氢气与甲烷的摩尔比为I : I I : 3。3.权利要求2所述的碳纳米管补强透气通道的透气功能元件的制备方法，其特征在于，所述的透气功能元件为弥散型透气塞或多孔塞。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(SOl)包括以下步骤 511:将甲烷裂解催化剂与所述基体材料中的粉料混合均匀； 512:再将步骤Sll中混合均匀的物料与所述基体材料中的骨料、结合剂混合均匀。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤Sll包括以下步骤 521:将甲烷裂解催化剂充分溶解于水或者こ醇水溶液中制备成溶液； 522:将所述溶液与所述粉料在球磨机中共...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天清，贺中央，孙荣海，左起秀，张金龙，李红香，朱遂宾，
申请(专利权)人：濮阳濮耐高温材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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