[发明专利]一种高强度网眼多孔陶瓷的制造方法

说明书

本发明涉及一种高强度网眼多孔陶瓷的制造方法，属于多孔陶瓷领域。

网眼多孔陶瓷是一种具有三维网状骨架结构的高气孔率(70-95％)多孔陶瓷，且气孔是相互贯通的。该类多孔陶瓷被广泛用于流体过滤尤其是熔融金属过滤、高温烟气的处理、催化剂载体、固体热交换器、多孔燃烧器。此外，它还用于制造金属基-网状陶瓷复合材料。网眼陶瓷的制造工艺是在美国专利US Pat.3 090 094中提出的，它利用有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构，将制备好的浆料均匀地涂覆在有机泡沫网状体上，干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。

网眼多孔陶瓷机械强度一直是制约其获得广泛应用的重要因素。为了提高素坯的强度和防止素坯在排塑过程中造成坯体的塌陷，在美国专利US Pat.4 610 832和US Pat.4 975 191中分别选用氢氧化铝凝胶和硅溶胶作粘结剂以提高网眼陶瓷的强度和高温性能。在美国专利US Pat.3 972 834中提出使用小于1mm的硅酸铝纤维增强锂-铝-硅氧化物网眼多孔陶瓷，其纤维利用低分子量聚丙烯酸在高速搅拌下分散。美国专利US Pat.4 265 659也采用添加5wt％硅酸铝纤维来增强Al2O3/Cr2O3网眼多孔陶瓷，抗压强度可以从1Mpa提高到2Mpa，并指出纤维添加量如低于1wt％，则对强度提高没有帮助。美国专利US Pat.4 866 011提出可选用玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维及氧化铝纤维来改善网眼多孔陶瓷的强度，并在有机泡沫浸渍前对其表面喷有机纤维，可使网络孔壁上涂覆的泥浆层增厚，从而达到改善制品强度的目的。在美国专利US Pat.4 004 933中采用聚合物溶液等改性剂在有机泡沫浸渍前对其进行表面改性以改善其与陶瓷浆料之间的粘附性，使浆料涂覆厚度获得增加。上述专利提出的改进网眼陶瓷强度仅局限在有机泡沫体本身与浆料之间的粘附性或陶瓷原料的烧结方面，忽略了有机泡沫体在排掉过程中对制品强度造成的破坏这个极其重要因素。由于含有有机泡沫体的素坯强度有限，反复在其表面涂覆浆料以增加孔筋厚度只能采用喷涂的方法，即使采用浸渍的方法，也对浆料流动性要求非常高，如果粘度偏高，浆料难以自由地涂覆，粘度太低，素坯上的粉料会溶解下来。因此，对于未排塑的素坯，无论如何改进工艺，要使涂覆厚度获得大的改善是非常困难的，而且在烧结过程中，由于有机泡沫体的大量挥发造成的破坏是非常巨大的，这样要使网眼烧结体的强度实现较大改善几乎是不可能的。

本发明提出一种改进的工艺方法以克服上述专利中提出的工艺方法的局限性，使网眼陶瓷的强度获得较大提高。与制备网眼陶瓷的传统工艺相比，其显著特征在于将整个制备方法分为两个阶段。在第一阶段，采用一种具用三维网状结构和连通气孔的有机泡沫体作为骨架，将具有触变性的浆料均匀地涂覆在有机泡沫网状体上，经干燥烧掉有机泡沫体，并进行预烧，这样得到具有足够操作强度的网眼陶瓷预制体。在第二阶段，利用粘度较低的浆料在网眼预制体上进行均匀涂覆。由于网眼预制体只经过预烧，本身是一种多孔结构，而且具有较强的吸水性。因此，网眼预制体与浆料之间将有比浆料与有机泡沫体之间好得多的粘附性。涂覆在网眼预制体上的浆料不仅可以填充预制体孔筋表面上暴露的裂纹和有机泡沫体挥发后留下的三角形孔洞，而且增加了孔筋的厚度和改善了孔筋的强度，从而可以使网眼烧结体具有较高的机械强度，这为网眼多孔陶瓷获得广泛应用创造了条件。

本发明的特征在于选用一种具用三维网状结构和连通气孔的有机泡沫体作为骨架。有机泡沫材料的选择必须是开孔的和具有一定的亲水性，而且还应有足够的回弹性，以保证挤出多余浆料后能迅速地恢复形状，此外在低于陶瓷粉末烧成温度下挥发，且不污染陶瓷，适应这种要求的有机泡沫材料有聚氨基甲酸已酯(聚氨酯)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、胶乳、纤维素等。有机泡沫体的孔尺寸为2-50ppi(pores per inch)。用陶瓷浆料浸渍有机泡沫体，应保证浆料填充所有的孔道。采用一种自制的对辊挤压装置(专利号为ZL 99 2 39981.5)挤出多余的浆料，对辊间距可以调节。此阶段选择的对辊间距为有机泡沫体厚度的8-14％，应保证浆料均匀地涂覆有机泡沫体上，几乎不允许堵孔的存在。涂覆完成后，试样在室温下养护至少24hr，然后在110℃下至少干燥12hr。经干燥后的试样在600℃以下烧掉有机泡沫体，并继续在800-1300℃对素坯进行预烧，这样就可以得到网眼预制体。预烧温度不能太高，以保证网眼预制体具有较高的气孔率，使其具有较强的吸浆特性，但温度又不能太低，否则，预制体强度太低，无法进行浆料涂覆操作。