[发明专利]一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。其技术方案是：以75～95质量份碳化硅细粉、5～13质量份氧化铝微粉、2～7质量份二氧化硅微粉和3～5质量份改性铝粉为原料，加入1～4质量份结合剂、0.1～0.6质量份聚羧酸盐和24～36wt％质量份水，搅拌，即得碳化硅浆料；将3D打印有序孔网状多孔树脂模板于碳化硅浆料中浸渍，甩浆，干燥；然后用碳化硅浆料对干燥后得到的预处理的多孔材料坯体进行喷涂，干燥，于高温炉内先以0.5～2.5℃/min升温至660～800℃，再以2～5℃/min升温至1300～1450℃，保温，冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。本发明工艺简单和生产成本低，所制制品的孔结构均匀、燃烧效率高和使用寿命长。

技术领域

本发明属于碳化硅多孔材料技术领域。尤其涉及一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。

背景技术

高温热工装备是冶金、建材、化工等国民经济支柱行业的基础，燃烧系统作为高温热工装备最核心部分，其提质升级对热工行业节能降碳至关重要。在钢铁、汽车、化工、纺织等行业涉及熔炼、热处理和加热等众多工序中，多孔介质燃烧技术因存在热量回流，能促使燃料在燃烧器内发生“过焓”燃烧，进而提高燃烧器的加热效率并减少烟气中CO₂和NOx的含量，受到技术人员的广泛关注。

作为多孔介质燃烧器的核心部件，多孔介质材料需具备高的气孔率(＞80％)以及三维通孔结构促进燃料在通孔内燃烧；同时，多孔介质材料还需具备优异的抗热震性能，赋予燃烧器在频繁启停过程中不发生热震损毁。碳化硅材质以其低线膨胀系数、高热导率和优异的抗热震性能，被认为是多孔介质燃烧器用介质材料的首选。通常，碳化硅网状多孔陶瓷是以聚氨酯海绵为模板，经浆料涂覆和高温烧结而成，所制备的多孔陶瓷与模板具有相同的孔结构。然而，受聚氨酯海绵模板的制约，碳化硅网状多孔陶瓷的孔结构呈现随机分布，致使多孔介质燃烧器内燃烧不均，进而降低燃烧器的燃烧效率。

如“一种Al₂O₃-SiC泡沫陶瓷及其制备方法”(CN104402517B)的专利技术，公开了一种以聚氨酯海绵为模板，经碳化硅浆料涂覆、高温烧结制备了多孔介质燃烧用碳化硅网状多孔陶瓷。该技术制得的碳化硅网状多孔陶瓷因采用聚氨酯海绵为模板，导致其三维网状结构处于随机分布状态，无法设计孔结构。

截止目前，技术人员还未对多孔介质燃烧器用多孔介质材料的孔结构进行设计和技术开发：

如“多孔介质燃烧器和燃料气体的处理方法”(CN112032713A)的专利技术，公开了一种多孔介质燃烧器的多孔介质材料的结构为颗粒堆积型、直孔网格型、纤维网格型和泡沫型中一种或多种。该技术所涉及的多孔介质材料虽然为不同类型的结构，但是仍然无法对介质材料的孔结构进行优化设计。颗粒堆积型的多孔介质材料，是通过球形颗粒的堆积而成，气体燃料在颗粒间隙内燃烧，这种结构的介质材料压降大、气孔率较低，不利于多孔介质燃烧器燃烧效率的提高；直孔网格型的多孔介质材料内无三维网状结构的通孔，导致火焰无法在直孔网格内燃烧而停留在多孔介质材料的表面，这种燃烧方式的多孔介质燃烧器极易发生“脱火”现象，制约着燃烧器功率的提高；纤维网格型的多孔介质材料，虽存在较好的三维网状通孔结构，但是纤维网格的孔径较小、孔结构随机分布，导致该燃烧器的热功率不高；泡沫型多孔介质材料，虽能通过采用不同尺寸孔径的聚氨酯海绵为模板制备，但是介质材料的孔结构仍然为随机分布，无法对孔结构进行调控设计，也限制了燃烧器的燃烧效率。