[发明专利]一种泡沫陶瓷增强纤维多孔陶瓷

说明书

所属技术领域

本发明涉及纤维多孔陶瓷，尤其是对泡沫陶瓷纤维多孔陶瓷组织结构与制备工艺的改进。

背景技术

近年来，随着洁净煤技术和高温气体净化技术的不断发展，世界各国对高温过滤材料的 性能要求愈来愈高。传统的过滤除尘方法由于受到过滤材质耐高温的限制，其应用受到极大 的限制。由陶瓷纤维制备的多孔材料也称纤维多孔陶瓷由于具有耐高温高压、抗化学腐蚀、 热稳定性好、粒子去除效率高，流体阻力小等优点，用于高温气体净化方面具有不可代替的 优势。同时纤维多孔陶瓷由于其三维连续孔洞，具有高的比表面积，微小的孔径以及纤维自 身的特性等优点，在作为汽车尾气催化剂载体，金属液精密过滤，复合材料预制体，蓄热材 料多孔基体等方面也有着重要的应用。

纤维多孔陶瓷主要是利用纤维的纺织特性或纤细形态，相互架构成三维的孔洞的一种多 孔材料。其成型的方法包括纤维编织、缠绕、真空抽滤法、加压排液法等。这些成型方法及 其产品还存在以下缺陷：

(1)纤维编织、缠绕法需要采用连续纤维，工艺及设备复杂。目前连续纤维大部分还只 是处于研究阶段，还没有成为真正可行成型方法，而质量尚可的成熟的、可纺性能好的产品 成本很高，价格很昂贵。

(2)真空抽滤法或加压排液法虽然具有工艺简单，无需连续纤维，成本低的特点；但其 产品机械强度低，使得纤维多孔陶瓷的应用受到限制。

发明内容

本发明专利的目的是：通过设计新的成型工艺、制备工艺和新的产品组织结构，设计新 的泡沫陶瓷/纤维复合多孔陶瓷制备装置，克服纤维多孔陶瓷机械强度低的缺点，使其应用广 泛；同时，使产品具有三维连续的孔洞结构，短纤维填充均匀，产品强度高、气孔率高，气 孔均匀。

本发明是这样实现的：

一种泡沫陶瓷增强纤维多孔陶瓷，短纤维均匀填充在泡沫陶瓷连通的孔洞内，所制备的 泡沫陶瓷/纤维复合多孔陶瓷具有高强度，高气孔率，具有三维连续的孔洞结构，其中泡沫陶 瓷作为复合多孔陶瓷的骨架，起着增强和支撑作用，解决了纤维多孔陶瓷的强度问题，纤维 相互架构成细小孔洞作为过滤介质；其成型方法采用采用搅拌-抽滤法，在模具中加入稀的分 散良好的陶瓷料浆，高速搅拌同时控制水的漏出速度使得纤维能够均匀填充在泡沫陶瓷的所 有连通孔中，避免纤维在泡沫陶瓷表面堆积堵塞孔洞而无法填充全部孔洞；成型完后再加入 粘接剂，采用真空抽滤法使得多余的水和粘接剂排出；纤维需要剪短至2-4mm，同时要加入 分散剂和大量的水，配成极稀的料浆；这种纤维料浆有利于均匀填充泡沫陶瓷内部孔洞；搅 拌速度至少要达到600r/min，为使纤维能够均匀填充泡沫陶瓷的所有连通孔，需要在高速搅 拌的同时控制水的排除速度，速度越高，越有利于纤维的均匀填充；成型加工设备有搅拌机、 成型模具、密封件、废液池、抽滤瓶、真空泵等，在工艺上成型完成后再加入粘接剂，连接 成型模具、抽滤瓶及真空泵，然后开动真空泵抽滤多余的水和粘接剂；泡沫陶瓷材料可以是 氧化铝，可以是碳化硅，也可以是钛酸铝。

本发明同时设计了用于制备泡沫陶瓷/纤维复合多孔陶瓷的方法和装置。

本发明的具体技术路线及工艺流程为：

(1)称量好所需要的纤维，将纤维剪短至2-4mm，加入水，分散剂，施加搅拌，形成 均匀的纤维料浆。

(2)在底部开有细孔、垫有筛网的模具中装入泡沫陶瓷。

(3)在模具中加满水，对水进行高速搅拌，同时加入少量纤维料浆。

(4)水不断从筛网中排出，需要不断地加入纤维料浆，控制好水排出的速度直至纤维 料浆全部加入到模具中。纤维在高速搅拌和液体向下排除过程中，不断填充泡沫陶瓷内部的 连通的孔洞，形成泡沫陶瓷/纤维复合结构，而不至于在表面堆积堵塞。

(5)待液体全部排除完，停止搅拌，加入无机粘接剂，真空抽滤排除多余的水和粘接 剂。

(6)脱模，干燥，烧成。

上述的泡沫陶瓷为以有机泡沫塑料为前驱体生产，具有连通孔洞的多孔陶瓷。

陶瓷纤维料浆中的纤维需要进行剪切处理，同时要加入分散剂和大量的水，配成极稀的 料浆。这种纤维料浆有利于均匀填充泡沫陶瓷内部孔洞。

上述的高速搅拌速度至少要达到600r/min，高速搅拌的同时需控制水的排除速度，其目 的是使得纤维能够均匀填充泡沫陶瓷的所有连通孔，避免纤维在泡沫陶瓷表面堆积堵塞孔洞。 速度越高，越有利于纤维的均匀填充。