專利名稱：一種纖維多孔陶瓷成型方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔陶瓷的成型方法，特別涉及一種將纖維制作成多孔陶瓷的成型方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在燃煤發(fā)電系統(tǒng)如IGCC(帶循環(huán)的集成氣化)或基于PFBC(加壓流化床燃燒室)的系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱氣體中，因?yàn)榘忻夯业入s質(zhì)，需要依靠熱氣體過濾設(shè)備來達(dá)到汽輪機(jī)入口氣流的要求。為了保持系統(tǒng)的效率，過濾系統(tǒng)必須在燃燒溫度或接近燃燒溫度下工作。在燭狀過濾器(candlefilter)系統(tǒng)中，熱氣體是從過濾器的外部流向里面，這樣灰塵就沉積在過濾器的外表面上。當(dāng)灰塵沉積得過多時(shí)就會(huì)影響過濾效率，此時(shí)需要高壓氣流從反方向吹掃過濾器，高壓氣流一般用室溫下的氣體或只是輕微預(yù)熱的氣體，這樣過濾器就得承受很大的溫度瞬時(shí)變化，并且有時(shí)不可預(yù)見的系統(tǒng)擾動(dòng)可能造成更嚴(yán)重的溫度變化；在這樣的溫度變化、高壓氣流以及高溫氣體所含的堿金屬、硫化物等的侵蝕下，傳統(tǒng)的高溫過濾用的多孔陶瓷(由耐火材料諸如堇青石、碳化硅等粗顆粒，用第二相粘結(jié)，經(jīng)過燒結(jié)后而形成的致密的多孔陶瓷，開口氣孔率大約為40％)過濾器往往會(huì)因?yàn)橥蝗坏拇嘈詳嗔讯斐蔀?zāi)難性的后果，因此需要新型材料制備的過濾器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性過濾器。
最近發(fā)展的用陶瓷纖維制備的多孔陶瓷是一個(gè)很好的選擇，多孔陶瓷是一種經(jīng)高溫?zé)?，體內(nèi)具有大量彼此相通或閉合氣孔的新型陶瓷材料，由于其具有的優(yōu)良的性能，被廣泛用于化工、環(huán)保、能源、冶金、電子、輕工、建筑等領(lǐng)域；陶瓷纖維(氧化鋁、莫來石、硅酸鋁纖維等)作為保溫、隔熱、耐火材料，在國(guó)內(nèi)外都有大量生產(chǎn)，價(jià)格便宜，并有著充足的礦物資源。陶瓷纖維的主要性能參數(shù)為直徑2～8μm；Al2O3含量45～95％；最高使用溫度1100～1800℃；密度2.6～3.4g/cm3；單絲抗拉強(qiáng)度1200～2000Mpa；彈性模量120～300Gpa；具有優(yōu)良的基礎(chǔ)性能，是很好的基材材料。由于陶瓷纖維具有如此優(yōu)良的性能，由它制備的多孔陶瓷具有耐高溫、氣孔率高、質(zhì)輕、透氣性好、消聲性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于高溫?zé)煔膺^濾除塵，同時(shí)它還是制作汽車尾氣催化劑載體的潛在材料，它可以克服成型堇青石蜂窩陶瓷汽車尾氣催化劑載體工藝復(fù)雜、要求的模具質(zhì)量高等缺陷，可以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。
因此，研究纖維制作多孔陶瓷的成型工藝具有重要意義。應(yīng)用纖維制備多孔陶瓷的成型工藝目前國(guó)內(nèi)外公開報(bào)道的有真空成型法及壓模成型法；真空成型法是將短纖維與粘結(jié)劑制成料漿置于水槽中，并不斷攪拌以使料漿均勻并不沉淀，中空的圓柱狀的成型模具置于水槽上方，模具一端封閉另一端連接真空機(jī)，模具的圓柱表面均勻分布著孔洞，當(dāng)抽真空時(shí)以吸引料漿中的粘著有粘結(jié)劑的纖維吸附其上，然后再經(jīng)過脫模、干燥、高溫處理等步驟以形成多孔陶瓷。這種方法適宜于成型中空?qǐng)A柱狀的多孔陶瓷材料。壓模成型法是將纖維料漿倒入一定形狀的模具中，模具施加機(jī)械壓力將多余的液體或膠體粘結(jié)劑排出后經(jīng)脫模、干燥、高溫處理等步驟成型，這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，容易成型各種形狀的多孔材料。但此方法中在非纖維接觸點(diǎn)以外由于毛細(xì)管力的作用仍存在較多的液狀粘結(jié)劑，這些粘結(jié)劑在高溫?zé)Y(jié)后將會(huì)堵塞纖維構(gòu)架之間形成的孔洞。為了排出多余的粘結(jié)劑，需要施加一定的機(jī)械壓力，這樣將液狀粘結(jié)劑壓出的同時(shí)亦會(huì)將纖維構(gòu)架所形成的孔洞擠壓，這種擠壓作用導(dǎo)致了孔洞的形狀、大小、分布等不易控制，另外擠壓作用還使成型之后的坯體與模具緊靠在一起，存在脫模困難的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種工藝簡(jiǎn)單、控制容易、所成孔洞分布均勻、透氣度高的纖維多孔陶瓷成型方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的纖維多孔陶瓷成型裝置。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本纖維多孔陶瓷成型方法包括下述工藝步驟(1)將纖維與粘結(jié)劑溶液(或膠體)充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成纖維料漿；(2)將料漿倒入模具中；(3)用壓縮空氣將多余的液體排出；(4)脫模、干燥、燒成為所需的制品。
所述壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)提供。
所述纖維多孔陶瓷的形狀由改變模具中的樣品成型室的形狀來決定。
所述纖維多孔陶瓷制品中成型孔洞的形狀、大小、分布主要是通過模具中過濾篩網(wǎng)的孔洞大小、壓縮空氣的壓力來控制。
所述干燥、燒成的設(shè)備為一般的干燥箱、電爐或其他熱加工設(shè)備。
一種實(shí)現(xiàn)上述方法的纖維多孔陶瓷成型裝置，包括空氣壓縮機(jī)、模具，空氣壓縮機(jī)與模具通過壓縮空氣導(dǎo)管相連接。
所述模具包括有上蓋、樣品成型室、過濾篩網(wǎng)、密封構(gòu)件、底座，所述上蓋與底座可通過螺桿相連接，樣品成型室位于上蓋與底座之間，其下端安裝有過濾篩網(wǎng)，密封構(gòu)件設(shè)置于樣品成型室與底座及樣品成型室與上蓋之間，對(duì)模具起密封作用。
所述模具的形狀、尺寸可根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品形狀、尺寸及生產(chǎn)工藝而定。如欲成型圓柱體、四方體、三角狀等各種形狀的多孔材料，樣品成型室可以相應(yīng)為圓柱狀桶體、四方管狀、三角管狀等各種形狀；如要生產(chǎn)中空狀材料則可在樣品成型室中放置一個(gè)一定形狀的實(shí)心塊體即可。樣品成型室的尺寸由生產(chǎn)產(chǎn)品的尺寸及生產(chǎn)工藝確定。如要求生產(chǎn)直徑為100mm的圓柱狀多孔材料，確定后的生產(chǎn)工藝中干燥及燒成過程中的總收縮率為4％，則樣品成型室內(nèi)腔的直徑應(yīng)為100/(1-4％)＝104.17mm。模具中其余的裝置如上蓋、過濾篩網(wǎng)、密封裝置、底座的形狀及尺寸依據(jù)樣品成型室的形狀、尺寸作相應(yīng)的變動(dòng)。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)本纖維多孔陶瓷成型方法簡(jiǎn)單實(shí)用，容易成型各種形狀的多孔材料，孔洞的形狀、大小、分布等容易控制，由于本發(fā)明通過氣體形成纖維多孔的結(jié)構(gòu)，所以避免了現(xiàn)有的模壓成型法會(huì)將材料內(nèi)的孔洞壓緊封閉的缺點(diǎn)，因而孔隙率高；(2)本纖維多孔陶瓷成型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、控制方便，能夠較好地脫模，可以成型各種形狀的纖維多孔材料，由這種纖維多孔材料制備的多孔陶瓷具有耐高溫、氣孔率高、質(zhì)輕、透氣性好、消聲性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于高溫?zé)煔膺^濾除塵，同時(shí)它還是制作汽車尾氣催化劑載體的潛在材料，應(yīng)用范圍較廣。


圖1是本發(fā)明纖維多孔陶瓷成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1本發(fā)明纖維多孔陶瓷成型裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有空氣壓縮機(jī)1、模具，空氣壓縮機(jī)1與模具通過壓縮空氣導(dǎo)管5相連接，在壓縮空氣導(dǎo)管5上安裝有調(diào)壓閥2、壓力表3、閥門4，模具包括有上蓋6、樣品成型室8、過濾篩網(wǎng)10、密封圈9、底座11，所述上蓋6與底座11通過螺桿7相連接，樣品成型室8為圓柱狀桶體，位于上蓋6與底座11之間，其下端安裝有過濾篩網(wǎng)10，密封圈9設(shè)置于樣品成型室8與底座11及樣品成型室8與上蓋6之間，對(duì)模具起密封作用。本實(shí)施例所采用的空氣壓縮機(jī)1的型號(hào)為意大利產(chǎn)的XR225型，攪拌機(jī)采用上海標(biāo)本模型廠生產(chǎn)的JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，干燥設(shè)備為北京西城醫(yī)療器械二廠生產(chǎn)的DF206型電熱鼓風(fēng)干燥箱，熱處理用天津?qū)嶒?yàn)電爐廠生產(chǎn)的RJX-8-3型高溫電阻爐燒成；實(shí)施例2～5亦采用相同的設(shè)備。
本實(shí)施例中，纖維采用普通硅酸鋁纖維；粘結(jié)劑為磷酸和氫氧化鋁制成的溶液，其中P/Al的摩爾比為23，并按粘結(jié)劑∶水＝1∶15的比例稀釋；將纖維與配好的粘結(jié)劑溶液攪拌混合均勻制成料漿，倒入模具中，所加空氣的壓力為8kg，干燥溫度200℃干燥20小時(shí)，熱處理溫度為880℃保溫2小時(shí)。所制成的纖維多孔陶瓷的氣孔率為88.79％，容重為0.2861kg/cm3。
實(shí)施例2本實(shí)施例中，纖維采用普通硅酸鋁纖維；粘結(jié)劑為磷酸和氫氧化鋁制成的溶液，其中P/Al的摩爾比為23，并按粘結(jié)劑∶水＝1∶15的比例稀釋；將纖維與配好的粘結(jié)劑溶液攪拌混合均勻制成料漿，倒入模具中，所加空氣的壓力為8kg，干燥溫度200℃干燥20小時(shí)，熱處理溫度為900℃保溫1.5小時(shí)。所制成的纖維多孔陶瓷的氣孔率為88.91％，容重為0.2162kg/cm3。
實(shí)施例3本實(shí)施例中，纖維采用莫來石纖維；料漿制法同實(shí)施例1。將料漿倒入模具中，所加空氣的壓力為8kg，干燥溫度200℃干燥20小時(shí)，熱處理溫度為900℃保溫1.5小時(shí)。所制成的纖維多孔陶瓷的氣孔率為88.91％，容重為0.2162kg/cm3。
實(shí)施例4本實(shí)施例中，纖維采用普通硅酸鋁纖維；粘結(jié)劑為磷酸和氫氧化鋁制成的溶液，其中P/Al的摩爾比為12，并按粘結(jié)劑∶水＝1∶10的比例稀釋；將纖維與配好的粘結(jié)劑溶液攪拌混合均勻制成料漿，倒入模具中，所加空氣的壓力為8kg，干燥溫度100℃干燥8小時(shí)，熱處理溫度為1100℃保溫2小時(shí)。所制成的纖維多孔陶瓷的氣孔率為91.19％，容重為0.2458kg/cm3。
實(shí)施例5本實(shí)施例中，纖維采用莫來石纖維；粘結(jié)劑為硅溶膠；將纖維與配好的粘結(jié)劑溶液攪拌混合均勻制成料漿，倒入模具中，所加空氣的壓力為8kg，干燥溫度100℃干燥20小時(shí)，熱處理溫度為1200℃保溫1小時(shí)。所制成的纖維多孔陶瓷的氣孔率為85.51％，容重為0.3714kg/cm3。
由實(shí)施例1～5的測(cè)量數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明制得的纖維多孔陶瓷質(zhì)輕、氣孔率高、透氣性較好，適合于高溫?zé)煔膺^濾除塵，還可制成高溫?zé)煔膺^濾除塵材料使用。
權(quán)利要求
1.一種纖維多孔陶瓷成型方法，其特征在于包括下述工藝步驟(1)將纖維與粘結(jié)劑溶液充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍瞥衫w維料漿；(2)將料漿倒入模具中；(3)用壓縮空氣將多余的液體排出；(4)脫模、干燥、燒成為所需的制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維多孔陶瓷成型方法，其特征在于所述壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維多孔陶瓷成型方法，其特征在于所述纖維多孔陶瓷的形狀由改變模具中的樣品成型室的形狀來決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維多孔陶瓷成型方法，其特征在于所述纖維多孔陶瓷中成型孔洞的形狀、大小、分布通過模具中過濾篩網(wǎng)的孔洞大小、壓縮空氣的壓力來控制。
5.一種纖維多孔陶瓷成型裝置，其特征在于包括空氣壓縮機(jī)(1)、模具，空氣壓縮機(jī)(1)與模具通過壓縮空氣導(dǎo)管(5)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維多孔陶瓷成型裝置，其特征在于所述模具包括有上蓋(6)、樣品成型室(8)、過濾篩網(wǎng)(10)、密封構(gòu)件(9)、底座(11)，所述上蓋(6)與底座(11)通過螺桿(7)相連接，樣品成型室(8)位于上蓋(6)與底座(11)之間，其下端安裝有過濾篩網(wǎng)(10)，密封構(gòu)件(9)設(shè)置于樣品成型室(8)與底座(11)及樣品成型室(8)與上蓋(6)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維多孔陶瓷成型裝置，其特征在于所述樣品成型室(8)為圓柱狀桶體、四方管狀、三角管狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種纖維多孔陶瓷成型方法，包括下述工藝步驟(1)將纖維與粘結(jié)劑溶液充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，制成纖維料漿；(2)將料漿倒入模具中；(3)用壓縮空氣將多余的液體排出；(4)脫模、干燥、燒成為所需的制品。一種纖維多孔陶瓷成型裝置，包括空氣壓縮機(jī)、模具，空氣壓縮機(jī)與模具通過壓縮空氣導(dǎo)管相連接。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單實(shí)用、容易成型各種形狀的多孔材料、容易脫模等優(yōu)點(diǎn)，纖維多孔陶瓷孔洞的形狀、大小、分布可以通過模具中過濾篩網(wǎng)的孔洞大小、壓縮空氣的壓力來控制，所制備的多孔陶瓷具有耐高溫、氣孔率高、質(zhì)輕、透氣性好、消聲性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于高溫?zé)煔膺^濾除塵，同時(shí)它還可作為汽車尾氣催化劑載體，應(yīng)用范圍較廣。
文檔編號(hào)C04B38/00GK1403413SQ0213493
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月14日
發(fā)明者曾令可, 羅民華, 程小蘇, 王慧, 張明, 陳森風(fēng), 劉衛(wèi)東, 史琳琳 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)