[发明专利]一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷及制备方法，属于复合陶瓷滤料制备技术领域。

背景技术

钢铁冶金、有色冶金与煤化工等工业领域有大量的高温烟气需要净化处理。包括旋风收尘、电收尘、布袋收尘与湿法常温净化等在内的传统烟气处理方法，要么存在收尘效果不理想与二次污染的缺陷，要么难直接回收烟气中的高品位潜热。为了解决现有高温收尘中的问题，专利CN101934177B提出了采用颗粒床进行高温烟气的净化，其在处理高温烟气的方法确实有其独特之处，但由于滤料堆积所形成孔隙难阻挡细颗粒粉尘的事实，导致这些专利存在处理后烟气中依然还有较多的细颗粒粉尘等缺陷。煤气化发电行业为了提高能源的利用效率，开发了基于多孔陶瓷过滤管的整体煤气化联合循环(IGCC)与增压流化床燃烧联合循环(PFBC)等洁净煤发电系统，这些系统显现出了良好的应用前景；这些系统能否长时间运行的关键是过滤管的寿命。陶瓷过滤管所固有的抗热震性差等缺陷，迫使各国研究人员在寻找提高过滤管性能的方法，如：为了降低陶瓷管的压降，专利CN10195426B就将陶瓷纤维加入到了过滤管的制备中；为了改善陶瓷管支撑体的烧结性能，专利CN101913874B提出了对制备陶瓷管支撑体的骨料进行预处理。尽管这些改进在一定程度上改善了陶瓷管性能，但是，依然没有从根本上改变由于陶瓷本身属性所带来的陶瓷管易脆、抗热震性差等问题。为了克服陶瓷的缺陷，专利1314477C提供了一种金属过滤元件，尽管该材料过滤性能优良，但由于它的制造原料是金属粉末或合金，从而导致其成本较高。

基于烟气过滤用陶瓷过滤元件存在热脆性大等缺陷以及金属过滤元件的制造成本高的现状，本发明人经反复研究，并结合陶瓷与高温耐蚀合金的优点，发明了一种耐高温腐蚀、抗热震性良好且制造成本低的、具有梯度孔的非均质复合陶瓷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有陶瓷过滤元件存在易脆以及抗热震性差等问题，而提供一种结构合理、制造成本低、具有良好的抗高温腐蚀性及优秀的抗热震性与低压降特性的具有梯度孔的非均质复合陶瓷及制备方法。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，所述复合陶瓷包括具有梯度孔结构的多孔支撑体以及涂覆在支撑体外表面的表面微孔滤膜层；所述多孔支撑体由金属陶瓷前驱体颗粒烧结得到；所述表面微孔滤膜层由矿物纤维经造孔、烧结得到。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，所述多孔支撑体中，通过分层布置不同粒径金属陶瓷前驱体颗粒、然后烧结，形成梯度孔结构多孔支撑体；梯度孔结构的孔径，自多孔支撑体的一面向涂覆有微孔滤膜层的表面依次梯次递减，大孔尺寸为80-100um，小孔尺寸20-40um。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，金属陶瓷前驱体颗粒由金属相与陶瓷相按质量百分比：5-10:95～90组成。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，所述陶瓷相的组成成分为：SnO₂-AB₂O₄，其中：AB₂O₄为尖晶石型复合氧化物，A选自Ni、Mg、Co、Zn、Cu、Fe元素中的一种，B选自Fe、Al、Co、Mn、Cr、Ge元素中的一种，且A、B所选择的元素不相同。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，所述金属相选自Fe、Ni、Ti、Al、Cr、Cu、Co中的至少2种元素构成的合金，且合金的熔点≥1150℃。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，所述表面微孔滤膜层的厚度为50-200um，滤膜层中微孔孔径为2nm-5um。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷，构成表面微孔滤膜的矿物纤维选自莫来石纤维、氧化铝纤维、堇青石纤维、尖晶石型复合氧化物纤维中的任意一种。

本发明一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷的制备方法，包括下述步骤：

第一步：金属陶瓷前驱体颗粒制备用原料的准备