[发明专利]一种结构均匀的陶瓷纤维过渡层及其制备方法

说明书

本发明得到国家高技术研究发展计划（863计划）（No.2012 AA03 A610) 基金项目资助。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷过滤膜的技术领域，特别涉及了一种高温过滤多孔陶瓷过滤膜的双层非对称表面膜中过渡层的制备方法。该种双层非对称表面膜主要用于高温气体过滤除尘领域。

背景技术

近年来非对称过滤结构多孔陶瓷主要是用大粒径的陶瓷颗粒制备的多孔陶瓷支撑体和用小粒径陶瓷颗粒制备的一层或多层陶瓷过滤膜两部分组成的。这种结构的优点在于：陶瓷过滤膜保证了该非对称过滤结构多孔陶瓷具有足够的过滤除尘效率和精度，而且支撑体采用大粒径陶瓷颗粒来制备有利于大幅降低过滤器整体的过滤压降，进而减少过滤能耗。现在商业化的多孔陶瓷过滤管都采用这种非对称过滤结构。但由于此种结构中多孔陶瓷支撑体采用大粒径陶瓷颗粒构成，因而其气孔孔径比过滤膜所用陶瓷颗粒粒径大很多。因此，在支撑体表面涂覆过滤膜时，为了保证过滤膜的完整性，过滤膜层中有一部分是会进入支撑体孔隙内部的。而进入支撑体孔隙内部的这一部分过滤膜对除尘是多余的，但它却增大了过滤膜产生的过滤压降。虽然过滤膜厚度只占支撑体厚度的2％左右，但其产生的过滤压降却占非对称过滤结构多孔陶瓷产生的过滤压降的20％左右。因此，需要设计一种能够使过滤膜不进入支撑体孔隙的新结构过滤膜。而在支撑体和过滤膜之间设计一层过渡层便可起到阻止小粒径的过滤膜颗粒进入支撑体空隙中，从而可以降低整个非对称过滤膜的过滤压降提高整体的过滤性能。

目前，过渡层所采用的原料一种是粒径比支撑体孔径稍大的陶瓷颗粒，另一种是陶瓷纤维。采用粒径稍大的陶瓷颗粒作为过渡层虽然可以有效的阻止小粒径的过滤膜颗粒进入到支撑体孔隙内，但由于此种过渡层厚度较大而不能很好的起到降低非对称过滤膜整体过滤压降的作用。而陶瓷纤维单层的厚度很小，因此采用陶瓷纤维作为过渡层时，过渡层的厚度容易控制，并且制得的陶瓷纤维过渡层的厚度较小，不仅能够阻止小粒径的过滤膜颗粒进入到支撑体孔隙内，而且还可以有效的降低非对称过滤膜整体的过滤压降。陶瓷纤维过渡层的制备方法有流延法、浸渍法等，但由于这些方法制备出的陶瓷纤维在支撑体上分布不均匀，最终导致陶瓷纤维过渡层的厚度不均匀，从而不能很好的体现过渡层的作用。本发明给出了一种能够提高陶瓷纤维过渡层均匀性的制备方法，其中包括陶瓷纤维浆料的配制和陶瓷纤维过渡层的制备。

发明内容

本发明的目的在于提高陶瓷纤维过渡层的均匀性，制备出分布均匀、厚度均匀的陶瓷纤维过渡层。本发明通过多次的实验发现，用硅酸铝纤维、莫来石纤维、羧甲基纤维素钠以及去离子水按一定质量比配制的陶瓷纤维浆料，采用匀胶机甩膜的方法制得的陶瓷纤维过渡层分布均匀，厚度均匀且易于控制，为此完成了本发明。

    为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种结构均匀的陶瓷纤维过渡层，它是由陶瓷纤维浆料、多孔陶瓷支撑体组成，其特征在于结构均匀的陶瓷纤维过渡层厚度为60-80μm；所述的陶瓷纤维浆料是由硅酸铝纤维、莫来石纤维、羧甲基纤维素钠、去离子水按质量比1:1:1.5:40混合组成。

本发明进一步公开了结构均匀的陶瓷纤维过渡层的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

   （1）陶瓷纤维浆料的配制：

    a）将7.5g羧甲基纤维素钠与200g的去离子水加热磁力搅拌，直到羧甲基纤维素钠完全溶解，制得羧甲基纤维素钠水溶液备用；

    b）然后将5g莫来石纤维和5g硅酸铝纤维加入到羧甲基纤维素钠水溶液中，边加入边加热搅拌，使莫来石纤维和硅酸铝纤维初步分散开来制成混合浆料；

    c）将混合浆料与磨球混合，在190转/分的转速下球磨30分钟得到均匀的陶瓷纤维浆料；其中混合浆料与磨球的质量比为1:1.5；

   （2）陶瓷纤维过渡层的制备

a）先将直径为5cm的多孔陶瓷支撑体固定在匀胶机的样品盘上，然后把均匀的陶瓷纤维浆料涂覆在多孔陶瓷支撑体上；

    b）选用慢速、加快速的甩膜形式，其中慢速的转速为300转/分，时间为18s；快速的转速为1000转/分，时间为15s；

c）取下甩有一层陶瓷纤维过渡层的多孔陶瓷支撑体放入烘箱中，在80℃的温度下烘10min至干燥，然后重复以上步骤，制得厚度为60-80μm的陶瓷纤维过渡层。

硅酸铝纤维是一种熔点约为1100℃的陶瓷纤维，作用是作为陶瓷纤维过渡层中的陶瓷粘结剂。莫来石纤维是一种熔点约1600℃的陶瓷多晶纤维，作用是作为陶瓷纤维过渡层中的骨架纤维材料。