一種多孔碳化硅球形粉末的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷粉末制備技術(shù)，具體涉及一種用于制造多孔陶瓷過濾材料的初始粉料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅陶瓷具有熔點(diǎn)高、力學(xué)性能高、耐腐蝕，熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小以及耐酸堿化學(xué)腐蝕等優(yōu)異特性，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、半導(dǎo)體、電子、汽車、原子能、環(huán)保節(jié)能等領(lǐng)域。
[0003]由于碳化硅優(yōu)異的化學(xué)性能和高溫穩(wěn)定性，使其成為過濾材料中的主力軍，如用于汽車尾氣凈化、煤化工領(lǐng)域的煤氣凈化、脫硫脫硝、過濾金屬熔液等的多孔碳化硅，它是由碳化硅粉體、粘結(jié)劑通過(模壓、等靜壓、擠壓、澆注、噴涂等)成型、燒結(jié)等步驟，最終形成多孔碳化硅制品。該過濾材料要求在保證力學(xué)性能滿足要求的情況下，還要具有一定的氣孔率和均勻、尺寸適中的孔徑分布。
[0004]碳化硅粉體是制備碳化硅制品(塊體、薄膜)的基本原材料，其制備方法主要有碳熱還原法、溶膠凝膠法、氣相反應(yīng)法、自蔓延法等。目前工業(yè)上制備多孔碳化硅所選用的碳化硅粉基本是無定形、無孔隙粉體。而球形碳化硅粉體用于制備多孔碳化硅的優(yōu)點(diǎn)在于:球形碳化硅顆粒形狀規(guī)則，易于形成燒結(jié)頸，同時(shí)形成的多孔碳化硅孔徑分布窄。目前關(guān)于球形碳化硅粉體制備方法的相關(guān)報(bào)告較少。時(shí)利民等(硅酸鹽學(xué)報(bào)34(11) ；2006 ；1397-1401)曾采用包混工藝將酚醛樹脂和硅粉制備成粉體先驅(qū)體，然后經(jīng)碳化和煅燒，制備出球形度好、粒徑分布窄且均勻的納米碳化硅粉體。但這種超細(xì)碳化硅粉體易于燒結(jié)致密，且制品孔徑小，不適用于制備多孔碳化硅過濾材料。日本SHINAN0公司近期發(fā)明了一種制備球形碳化硅粉的方法，即采用球形樹脂顆粒與S12在非氧環(huán)境下高溫煅燒獲得(http://www.faqs.0rg/patents/app/20150099120#ixzz3aCVRb0uM)。這種粉體粒徑分布較寬(0.5-5 μ m)，不利于形成孔徑分布較窄的多孔材料。中國專利“公斤級高純碳化娃粉的制備方法”(申請?zhí)?013105098961)公開了將混合均勻后的硅粉、碳粉放入先后鍍過碳膜和碳化硅的坩禍中，在高純氬氣、氦氣或氫氣和氬氣的混合氣氛下燒結(jié)，即可得到公斤級高純碳化硅粉，但這種方法制備過程復(fù)雜且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的多孔陶瓷用初始粉料的制備方法，具有如下特點(diǎn):粉末粒徑分布均勻，有利于制備孔徑分布窄的多孔陶瓷；粉末本身還有大量納米級孔洞，有利于進(jìn)一步吸附或過濾微小顆粒、粉塵等。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種多孔碳化硅球形粉末的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟:
[0008](I)根據(jù)碳與硅反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)方程式，將中間相碳微球和硅粉按摩爾比1: (I?0.3)進(jìn)行稱量，置于無水乙醇溶液中混合均勻；
[0009](2)將混合料干燥，過100-300目篩孔后模壓成型為料塊；
[0010](3)將料塊置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1420-1500°C，保溫10_30min燒結(jié)，隨爐冷卻；
[0011](4)將真空燒結(jié)后的料塊取出，置于空氣燒結(jié)爐內(nèi)，于500-800°C、保溫l_6h進(jìn)行氧化處理；
[0012](5)將氧化處理后的料塊破碎，過篩，得到多孔碳化硅球形粉末。
[0013]上述工藝中，所述中間相碳微球?yàn)槲唇?jīng)過高溫處理的生球，粒度為1-40 μ m，硅粉的粒度為1-10 μ m。
[0014]所述混合采用超聲波，時(shí)間不少于30min。
[0015]所述模壓成型，壓力為50_150MPa。所述真空燒結(jié)，升溫速率為100-300°C /h。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0017]1、本發(fā)明將中間相碳微球和硅粉按比例混合，干燥，模壓，隨后進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，得到疏松的多孔塊體，隨后低溫氧化除去多余炭，經(jīng)破碎，過篩，得到多孔碳化硅球形粉末，其粒徑分布均勻，內(nèi)部存在大量貫通的納米級孔洞，有利于制備孔徑分布窄、多級孔道的多孔陶瓷薄膜與塊體；由于粉末本身有大量貫通納米級孔洞，有利于進(jìn)一步吸附或過濾微小顆粒、粉塵等。
[0018]2、本發(fā)明制備方法簡單，模壓成型壓力低(不大于150MPa)，燒結(jié)溫度略高于硅熔點(diǎn)(硅熔點(diǎn)1410°C )，保溫時(shí)間短(0-30min)，除炭處理在普通空氣爐內(nèi)進(jìn)行即可。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1球形粉末的顯微結(jié)構(gòu)。
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1球形粉末的XRD物相結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]I)根據(jù)碳與硅反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)方程式，將粒度為7.5 μπι的中間相碳微球和粒度為5 μ m硅粉按摩爾比1:1進(jìn)行混合，置于無水乙醇溶液中超聲混合30min，經(jīng)過干燥，過100目篩孔，10MPa模壓成型為料塊。
[0024]2)成型后的料塊置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，以200°C /h的升溫速率升溫至1500°C，保溫1min后隨爐冷卻。
[0025]3)燒結(jié)后料塊置于600°C空氣燒結(jié)爐內(nèi)，保溫2h，低溫氧化除去多余碳。
[0026]4)將步驟3)得到的料塊破碎，過篩，獲得反應(yīng)燒結(jié)的多孔碳化硅球形粉末。
[0027]本實(shí)施例得到的粉末，其主要成分為i3_SiC(參見圖2)，微觀形貌參見圖1，平均粒徑7.5 μ m，球內(nèi)平均孔徑0.03 μ m,比表面積0.17m2/g。
[0028]實(shí)施例2
[0029]I)根據(jù)碳與硅反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)方程式，將粒度為7.5 μπι中間相碳微球和粒度為I μπι硅粉按摩爾比1:0.8進(jìn)行混合，置于無水乙醇溶液中超聲混合30min，經(jīng)過干燥，過300目篩孔。150MPa模壓成型。
[0030]2)成型后的試樣置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，以300°C /h的升溫速率升溫至1420°C保溫30min。隨爐冷卻。
[0031]3)燒結(jié)后料塊置于500°C空氣燒結(jié)爐內(nèi)，保溫6h，低溫氧化除去多余碳。
[0032]4)同實(shí)施例1。
[0033]本實(shí)施例得到的粉末，其主要成分為β -SiC,平均粒徑7.5 μπι，球內(nèi)平均孔徑0.03 μ m，比表面積 0.35m2/g0
[0034]實(shí)施例3
[0035]I)根據(jù)碳與硅反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)方程式，將粒度為7.5 μπι中間相碳微球生球和粒度為5 μ m硅粉按摩爾比1: 0.3進(jìn)行混合，置于無水乙醇溶液中超聲混合30min。經(jīng)過干燥，過200目篩孔，50MPa模壓成型。
[0036]2)成型后的試樣置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，以100°C /h的升溫速率升溫至1450°C保溫20min，隨爐冷卻。
[0037]3)燒結(jié)后料塊置于800°C空氣燒結(jié)爐內(nèi)，保溫lh，低溫氧化除去多余碳。
[0038]4)同實(shí)施例1。
[0039]本實(shí)施例得到的粉末，其主要成分為β -SiC,平均粒徑7.5 μπι，球內(nèi)平均孔徑0.017 μ m,比表面積 1.42m2/g。
[0040]本發(fā)明采用中間相碳微球?yàn)樘荚吹膬?yōu)勢在于，中間相碳微球是一種粒徑分布均勻的炭顆粒，反應(yīng)活性高。因此，將中間相碳微球和硅粉超聲混合后，保留了碳微球的球形形貌，此時(shí)硅顆粒會(huì)在高溫下很快的與球形碳微球反應(yīng)，生成球形碳化硅顆粒。同時(shí)硅顆粒尺寸細(xì)小，只能與碳微球不同區(qū)域發(fā)生反應(yīng)，從而留下大量殘余未反應(yīng)炭。經(jīng)過低溫氧化除炭處理，獲得了粒徑分布均勻、且存在大量貫通納米孔洞的多孔碳化硅球形粉末。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔碳化硅球形粉末的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟: (1)根據(jù)碳與硅反應(yīng)生成碳化硅的反應(yīng)方程式，將中間相碳微球和硅粉按摩爾比1: (I?0.3)進(jìn)行稱量，置于無水乙醇溶液中混合均勻； (2)將混合料干燥，過100-300目篩孔后模壓成型為料塊； (3)將料塊置于真空燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1420-1500°C，保溫10_30min燒結(jié)，隨爐冷卻； (4)將真空燒結(jié)后的料塊取出，置于空氣燒結(jié)爐內(nèi)，于500-800°C、保溫l_6h進(jìn)行氧化處理； (5)將氧化處理后的料塊破碎，過篩，得到多孔碳化硅球形粉末。2.如權(quán)利要求1所述的多孔碳化硅球形粉末的制備工藝，其特征在于，所述中間相碳微球?yàn)槲唇?jīng)過高溫處理的生球，粒度為1-40 μ m ;所述硅粉的粒度為1-10 μ m。3.如權(quán)利要求1所述的多孔碳化硅球形粉末的制備工藝，其特征在于，所述混合采用超聲波，時(shí)間不少于30min。4.如權(quán)利要求1所述的多孔碳化硅球形粉末的制備工藝，其特征在于，所述模壓成型，壓力為 5O-15OMPac35.如權(quán)利要求1所述的多孔碳化硅球形粉末的制備工藝，其特征在于，所述真空燒結(jié)，升溫速率為100-300 °C /h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔碳化硅球形粉末的制備方法，其特征在于，將中間相碳微球生球和硅粉按比例混合，干燥，模壓，隨后進(jìn)行反應(yīng)燒結(jié)，得到由多孔碳化硅球形顆粒組成的多孔疏松塊體，隨后低溫氧化除去多余炭，破碎，過篩，得到多孔碳化硅球形粉末。粉體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于：粉末粒徑分布均勻，內(nèi)部存在大量納米級孔洞。
【IPC分類】C04B35/626, C01B31/36, C04B35/565
【公開號】CN105084364
【申請?zhí)枴緾N201510487102
【發(fā)明人】夏鴻雁, 楊少輝, 史忠旗, 王繼平, 喬冠軍, 王紅潔, 楊建鋒
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月10日