高温除尘用复合碳化硅多孔陶瓷制备及性能研究

【摘要】高温过滤除尘系统是低碳环保的整体煤气化联合循环、壳牌煤气化技术等洁净煤技术的关键子系统。多孔陶瓷管是该除尘系统的核心除尘部件,常见的有简单均质结构和非对称结构。多孔陶瓷管的机械性能和孔隙结构直接决定着除尘系统的使用寿命、过滤效率和过滤精度。本文利用原位反应结合技术分别制备并研究了二氧化硅、莫来石、堇青石结合碳化硅多孔复合陶瓷。以制备高强度和高气孔率的碳化硅多孔陶瓷支撑体和可应用于对过滤管的过滤膜涂覆技术为研究目标。系统探究了碳化硅颗粒大小、烧成温度、干压成型压力和造孔剂(石墨)含量对复合碳化硅陶瓷的氧化结合性能、物相组成(XRD)、微观结构(FESEM)和孔径分布(压汞仪)的影响。并对抗弯强度(三点弯曲法)与气孔率(阿基米德排水法)的关系进行了深入探讨。得到了可同时提高坯体孔隙率和机械性能的工艺方案。研究表明：以平均粒径为23μm碳化硅粉料,亚微米级氧化镁、氢氧化铝和石墨为原料,成功制备出了堇青石-莫来石结合碳化硅复合多孔陶瓷。当加入30wt%石墨时,在1400℃烧结并保温3h后,堇青石-莫来石结合碳化硅多孔陶瓷的气孔率为42.11%相应的抗弯强度为41.29MPa。本文设计了在过滤膜与支撑体之间含有纤维过渡层非对称结构过滤管。通过对纤维浆料的处理和选择合适的涂膜液,利用空气喷涂技术实现了对过滤管的纤维过渡层和陶瓷分离膜的完整均匀涂覆。支撑体干压成型后,在1000-1200℃预烧结。在支撑体上利用空气喷涂技术均匀涂覆一层或几层莫来石纤维、硅酸铝纤维和陶瓷粘结剂的混合料,干燥后在其表面上连续喷涂几层过滤膜,最后将制得的碳化硅膜材料在干燥后在空气气氛中进行烧结,即可得高温过滤用复合碳化硅多孔过滤膜材料。本方法可以制备完整均匀,厚度可控纤维过渡层和过滤膜,采用空气喷涂技术,即降低了成本又提高了效率,同时采用预烧结,可以降低能耗,而在纤维浆料中加入了合适的粘结剂,提高了支撑体、纤维层、过滤膜三者结合强度。
【作者】白成英；
【导师】李建保；邓湘云；
【作者基本信息】海南大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】碳化硅多孔陶瓷；气孔率；原位反应结合；过滤膜；高温除尘；过滤管；

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