專(zhuān)利名稱(chēng)：一種泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維多孔陶瓷，尤其是對(duì)泡沫陶瓷纖維多孔陶瓷組織結(jié)構(gòu)與制備工藝的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著潔凈煤技術(shù)和高溫氣體凈化技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)高溫過(guò)濾材料的 性能要求愈來(lái)愈高。傳統(tǒng)的過(guò)濾除塵方法由于受到過(guò)濾材質(zhì)耐高溫的限制，其應(yīng)用受到極大 的限制。由陶瓷纖維制備的多孔材料也稱(chēng)纖維多孔陶瓷由于具有耐髙溫高壓、抗化學(xué)腐蝕、 熱穩(wěn)定性好、粒子去除效率高，流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，用于高溫氣體凈化方面具有不可代替的 優(yōu)勢(shì)。同時(shí)纖維多孔陶瓷由于其三維連續(xù)孔洞，具有高的比表面積，微小的孔徑以及纖維自 身的特性等優(yōu)點(diǎn)，在作為汽車(chē)尾氣催化劑載體，金屬液精密過(guò)濾，復(fù)合材料預(yù)制體，蓄熱材 料多孔基體等方面也有著重要的應(yīng)用。
纖維多孔陶瓷主要是利用纖維的紡織特性或纖細(xì)形態(tài)，相互架構(gòu)成三維的孔洞的一種多 孔材料。其成型的方法包括纖維編織、纏繞、真空抽濾法、加壓排液法等。這些成型方法及 其產(chǎn)品還存在以下缺陷
(1) 纖維編織、纏繞法需要采用連續(xù)纖維，工藝及設(shè)備復(fù)雜。目前連續(xù)纖維大部分還只 是處于研究階段，還沒(méi)有成為真正可行成型方法，而質(zhì)量尚可的成熟的、可紡性能好的產(chǎn)品 成本很高，價(jià)格很昂貴。
(2) 真空抽濾法或加壓排液法雖然具有工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需連續(xù)纖維，成本低的特點(diǎn)；但其 產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度低，使得纖維多孔陶瓷的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專(zhuān)利的目的是通過(guò)設(shè)計(jì)新的成型工藝、制備工藝和新的產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新 的泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷制備裝置，克服纖維多孔陶瓷機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，使其應(yīng)用廣 泛；同時(shí)，使產(chǎn)品具有三維連續(xù)的孔洞結(jié)構(gòu)，短纖維填充均勻，產(chǎn)品強(qiáng)度髙、氣孔率髙，氣 孔均勻。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，短纖維均勻填充在泡沫陶瓷連通的孔洞內(nèi)，所制備的 泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷具有高強(qiáng)度，高氣孔率，具有三維連續(xù)的孔洞結(jié)構(gòu)，其中泡沫陶 瓷作為復(fù)合多孔陶瓷的骨架，起著增強(qiáng)和支撐作用，解決了纖維多孔陶瓷的強(qiáng)度問(wèn)題，纖維 相互架構(gòu)成細(xì)小孔洞作為過(guò)濾介質(zhì)；其成型方法采用采用攪拌-抽濾法，在模具中加入稀的分 散良好的陶瓷料漿，高速攪拌同時(shí)控制水的漏出速度使得纖維能夠均勻填充在泡沫陶瓷的所 有連通孔中，避免纖維在泡沫陶瓷表面堆積堵塞孔洞而無(wú)法填充全部孔洞；成型完后再加入
粘接劑，采用真空抽濾法使得多余的水和粘接劑排出；纖維需要剪短至2-4mm，同時(shí)要加入 分散劑和大量的水，配成極稀的料漿；這種纖維料漿有利于均勻填充泡沫陶瓷內(nèi)部孔洞；攪 拌速度至少要達(dá)到600r/min,為使纖維能夠均勻填充泡沫陶瓷的所有連通孔，需要在高速攪 拌的同時(shí)控制水的排除速度，速度越高，越有利于纖維的均勻填充；成型加工設(shè)備有攪拌機(jī)、成型模具、密封件、廢液池、抽濾瓶、真空泵等，在工藝上成型完成后再加入粘接劑，連接 成型模具、抽濾瓶及真空泵，然后開(kāi)動(dòng)真空泵抽濾多余的水和粘接劑；泡沫陶瓷材料可以是 氧化鋁，可以是碳化硅，也可以是鈦酸鋁。
本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了用于制備泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷的方法和裝置。
本發(fā)明的具體技術(shù)路線及工藝流程為
(1) 稱(chēng)量好所需要的纖維，將纖維剪短至2-4mm，加入水，分散劑，施加攪拌，形成 均勻的纖維料漿。
(2) 在底部開(kāi)有細(xì)孔、墊有篩網(wǎng)的模具中裝入泡沫陶瓷。
(3) 在模具中加滿水，對(duì)水進(jìn)行高速攪拌，同時(shí)加入少量纖維料漿。
(4) 水不斷從篩網(wǎng)中排出，需要不斷地加入纖維料漿，控制好水排出的速度直至纖維 料漿全部加入到模具中。纖維在高速攪拌和液體向下排除過(guò)程中，不斷填充泡沫陶瓷內(nèi)部的 連通的孔洞，形成泡沫陶瓷/纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)，而不至于在表面堆積堵塞。
(5) 待液體全部排除完，停止攪拌，加入無(wú)機(jī)粘接劑，真空抽濾排除多余的水和粘接劑。
(6) 脫模，干燥，燒成。 上述的泡沫陶瓷為以有機(jī)泡沫塑料為前驅(qū)體生產(chǎn)，具有連通孔洞的多孔陶瓷。 陶瓷纖維料漿中的纖維需要進(jìn)行剪切處理，同時(shí)要加入分散劑和大量的水，配成極稀的
料漿。這種纖維料漿有利于均勻填充泡沫陶瓷內(nèi)部孔洞。
上述的高速攪拌速度至少要達(dá)到600r/min,高速攪拌的同時(shí)需控制水的排除速度，其目 的是使得纖維能夠均勻填充泡沫陶瓷的所有連通孔，避免纖維在泡沫陶瓷表面堆積堵塞孔洞。 速度越高，越有利于纖維的均勻填充。
上述成型工藝所需的成型設(shè)備包括成型模具、攪拌機(jī)、廢液池、抽濾瓶、真空泵等；其 中成型模具包括漏斗、多孔板、篩網(wǎng)、密封件。為了便于脫模，采用活動(dòng)的多孔板，此時(shí)只 需要用玻璃棒從漏斗下部反向推出即可。也可以采用沙氏漏斗、篩網(wǎng)、密封件等，此時(shí)需要 利用壓縮空氣反吹脫模。
漏斗的尺寸和規(guī)格根據(jù)成型的產(chǎn)品來(lái)確定，如需要制備方型產(chǎn)品，需要加入方型泡沫陶 瓷，同時(shí)需要尺寸比之稍大的漏斗，空隙處用海綿進(jìn)行填充。
通過(guò)采用上述制備設(shè)備和制備工藝，就可以生產(chǎn)出具有三維連續(xù)的孔洞結(jié)構(gòu)，短纖維填 充均勻，產(chǎn)品強(qiáng)度高、氣孔率髙，氣孔均勻，且其應(yīng)用廣泛的泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷。 高孔隙率的泡沫陶瓷作為復(fù)合多孔陶瓷的骨架，起著增強(qiáng)和支撐作用，解決了纖維多孔陶瓷 的強(qiáng)度問(wèn)題。纖維相互架構(gòu)成細(xì)小孔洞則作為過(guò)濾介質(zhì)。本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品可以用于高 溫?zé)煔膺^(guò)濾器、汽車(chē)尾氣催化劑載體等，另外，還可以用于金屬液精密過(guò)濾、復(fù)合材料多孔 預(yù)制體、蓄熱材料多孔陶瓷基體等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為U)利用攪拌-抽濾法制備，泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷產(chǎn)品強(qiáng)度髙, 氣孔率高，透氣性好，氣孔均勻。(2)采用先加水配成稀料槳，成型后再加粘接劑的方法， 節(jié)省了粘接劑的用量，減少了粘接劑的耗損和對(duì)設(shè)備的腐蝕作用。(3)成型方法具有工藝和 設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，易于脫模的優(yōu)點(diǎn)。(4)本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品用途廣泛。


以下給出實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷斷面微觀形貌(250X)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明纖維與泡沫陶瓷骨架的結(jié)合處(250X)結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明成型裝置示意圖。圖中l(wèi)為攪拌機(jī)，2為漏斗，3為篩網(wǎng)，4為多孔板，5為廢液池，6為膠管，7為抽濾瓶，8為真空泵，9為電動(dòng)機(jī)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l (圖l、圖2、圖3)
稱(chēng)取6g纖維，剪短至2-4mm，加入lg聚丙烯酰胺，配成2000ml料漿，攪拌20分鐘。在成型模具中裝入①45rara的氧化鋁泡沫陶瓷。再滿水，施加高速攪拌速度為700r/min，再緩慢倒入攪拌好的料漿。隨著水從篩網(wǎng)中排除，需要不斷地加入纖維料漿，控制好水的排除速度。速度快了纖維不容易充分填充到泡沫陶瓷的三維孔洞中去，速度太慢則時(shí)間周期長(zhǎng)。一般為40-80ml/min。直到所有的纖維料漿都加完。停止攪拌，加入20mllOW的磷酸二氫鋁粘接劑，再在漏斗尖嘴上接上膠管，打開(kāi)真空泵抽濾3分鐘，排除多余的水和粘接劑。之后用玻璃棒從漏斗下部反向推出樣品。取出樣品，干燥，在1000'C燒成。所得制品抗壓強(qiáng)度6MPa,氣孔率為84%。而單獨(dú)泡沫陶瓷和纖維多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度分別為3MPa和0. 6MPa。折斷樣品，觀察內(nèi)部斷面，纖維填充了泡沫陶瓷內(nèi)部所有的孔洞，填充均勻，無(wú)大孔存在。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)纖維均勻架構(gòu)，粘接劑均勻分布在纖維-纖維和纖維-泡沫陶瓷連接處，無(wú)堵孔現(xiàn)象；纖維與泡沫陶瓷連接良好，有利于增強(qiáng)整體的力學(xué)性能。采用上述工藝的纖維多孔陶瓷，強(qiáng)度高，氣孔率高，透氣性好，氣孔均勻，工藝和設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，腐蝕少，操作方便，成本低，易于脫模，用途廣泛的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例2 (圖1、圖2、圖3)
工藝條件同實(shí)施例1，只是采用碳化硅泡沫陶瓷作為增強(qiáng)體。所得樣品抗壓強(qiáng)度為lOMPa,氣孔率為82%。樣品斷面觀察發(fā)現(xiàn)纖維填充均勻，無(wú)大孔存在。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)纖維均勻，粘接劑均勻分布在纖維-纖維和纖維-泡沫陶瓷連接處，無(wú)堵孔現(xiàn)象；纖維與泡沫陶瓷連接良好，有利于增強(qiáng)整體的力學(xué)性能。
實(shí)施例3 (圖1、圖2、圖3)
工藝條件同實(shí)施例1，只是加入20mll(^硅溶膠作為粘接劑。所得樣品抗壓強(qiáng)度為5. 2PMa，氣孔率為80%。樣品斷面觀察發(fā)現(xiàn)纖維填充均勻，無(wú)大孔存在。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)纖維均勻架構(gòu)，粘接劑連接纖維-纖維和纖維-泡沫陶瓷連接處，有少量多余的粘接劑結(jié)團(tuán)，有輕微堵孔現(xiàn)象；纖維與泡沫陶瓷連接良好。
實(shí)施例4 (圖1、圖2、圖3)
工藝條件同實(shí)施例l，只是燒結(jié)溫度為1250'C。所得樣品抗壓強(qiáng)度為6.8PMa，氣孔率為83%。觀察內(nèi)部斷面，纖維填充了泡沫陶瓷內(nèi)部所有的孔洞，填充均勻，無(wú)大孔存在。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)纖維均勻架構(gòu)，粘接劑均勻分布在纖維-纖維和纖維-泡沫陶瓷連接處，無(wú)堵孔現(xiàn)
象；纖維與泡沫陶瓷連接良好。
權(quán)利要求
1. 一種泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，其特征在于短纖維均勻填充在泡沫陶瓷連通的孔洞內(nèi)，所制備的泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷具有高強(qiáng)度，高氣孔率，具有三維連續(xù)的孔洞結(jié)構(gòu)，其中泡沫陶瓷作為復(fù)合多孔陶瓷的骨架，起著增強(qiáng)和支撐作用，解決了纖維多孔陶瓷的強(qiáng)度問(wèn)題，纖維相互架構(gòu)成細(xì)小孔洞作為過(guò)濾介質(zhì)；其成型方法采用采用攪拌-抽濾法，在模具中加入稀的分散良好的陶瓷料漿，高速攪拌同時(shí)控制水的漏出速度使得纖維能夠均勻填充在泡沫陶瓷的所有連通孔中，避免纖維在泡沫陶瓷表面堆積堵塞孔洞而無(wú)法填充全部孔洞；成型完后再加入粘接劑，采用真空抽濾法使得多余的水和粘接劑排出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，其特征在于纖維需要剪短至2-4mm，同時(shí)要加入分散劑和大量的水，配成極稀的料漿；這種纖維料漿有利于均勻填充泡沫陶瓷內(nèi)部孔洞。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，其特征在于攪拌速度至少要達(dá)到600r/min，為使纖維能夠均勻填充泡沫陶瓷的所有連通孔，需要在高速攪拌的同時(shí)控制水的排除速度，速度越高，越有利于纖維的均勻填充。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，其特征在于成型加工設(shè)備有攪拌機(jī)、成型模具、密封件、廢液池、抽濾瓶、真空泵等；在工藝上成型完成后再加入粘接劑，連接成型模具、抽濾瓶及真空泵，然后開(kāi)動(dòng)真空泵抽濾多余的水和粘接劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，其特征在于泡沫陶瓷材料可以是氧化鋁，可以是碳化硅，也可以是鈦酸鋁。
全文摘要
一種新型的泡沫陶瓷增強(qiáng)纖維多孔陶瓷，通過(guò)改變生產(chǎn)工藝，采用攪拌-抽濾法，使得短纖維均勻填充在泡沫陶瓷連通的孔洞內(nèi)，制備出高強(qiáng)度，高氣孔率，具有三維連續(xù)孔洞的泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷，其中泡沫陶瓷作為復(fù)合多孔陶瓷的骨架，起著增強(qiáng)和支撐作用，解決了纖維多孔陶瓷的強(qiáng)度問(wèn)題。纖維相互架構(gòu)成細(xì)小孔洞作為過(guò)濾介質(zhì)。本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了用于制備泡沫陶瓷/纖維復(fù)合多孔陶瓷的方法和裝置。本發(fā)明具有產(chǎn)品強(qiáng)度高、氣孔率、透氣性好、填充均勻，成型方法工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于脫模，生產(chǎn)設(shè)備壽命長(zhǎng)等明顯優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B38/08GK101475400SQ200810025610
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者劉平安, 劉艷春, 張全勝, 曾令可, 慧 王, 程小蘇, 稅安澤, 胡動(dòng)力 申請(qǐng)人:廣州銳得森特種陶瓷科技有限公司