[发明专利]一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法。所述耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：（1）将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；（2）将步骤（1）中的混合粉体进行成型，得到生坯；（3）将步骤（2）中的生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。上述耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的一个特征在于其具有优异的高温强度与化学稳定性，显著优于氧化物结合碳化硅膜支撑体；另一个特征在于其烧结过程中无尺寸变化，可大幅度提升产品的成品率。

技术领域

本发明涉及一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法。

背景技术

电力、建材、冶金、钢铁、化工等行业产生的大量高温烟气会严重污染生态环境，是造成雾霾天气的重要原因之一；同时，高温烟气在生产过程中也会对设备的可靠、高效地运行带来不利影响，因此，高温烟气的净化除尘具有极大的现实意义。非对称陶瓷膜过滤具有优异的耐高温性能、过滤精度(低至0.1μm)与收集效率(高达99.9％)，是理想的高温烟气过滤净化材料。非对称碳化硅陶瓷膜与氧化物(例如，粘土、氧化铝、氧化锆等)陶瓷膜相比，在高温强度与耐腐蚀特性方面更为突出，在高温、强腐蚀性条件下具有更长的使役寿命，更加适合用于高温烟气的过滤净化。

非对称碳化硅陶瓷膜由除尘净化的微滤膜层与碳化硅支撑体组成，其中：碳化硅膜支撑体是具有良好渗透性、为非对称陶瓷膜提供强度的碳化硅多孔陶瓷，其性能直接决定陶瓷膜管的过滤效果与使用寿命。国际上仅有少数几家公司生产SiC膜支撑体，包括美国Pall公司、丹麦LiqTech公司、德国Atech公司、山东工陶院、久吾高科等，其中美国Pall公司制造的非对称碳化硅陶瓷膜已广泛应用于传统火力发电厂及新型生物质发电等高温气固分离净化领域，占据全球主要市场。然而，对于目前商业化的非对称碳化硅陶瓷膜支撑体的物相组成均为低温氧化物结合碳化硅，如Pall公司生产的碳化硅膜支撑体为粘土结合的碳化硅多孔陶瓷。近年，SiC膜支撑体材料也受到国内研究者的广泛关注。西安交大、清华大学、海南大学、沈阳金属所、江苏省陶瓷研究所、佛山市陶瓷研究所、山东工陶院等相继开展了SiC膜支撑体的研究开发工作，所研究的对象也均为氧化物结合碳化硅膜支撑体。对于氧化物结合碳化硅膜支撑体，结合相的软化温度低、耐腐蚀性较差(特别是常用的氧化硅与粘土结合相)的问题，故氧化物结合碳化硅膜支撑体使用温度均不超过800℃；同时，在高温、恶劣环境的使用过程中，氧化物结合碳化硅膜支撑体会发生明显的蠕变和腐蚀，导致支撑体的破坏失效，进而降低使役寿命。

反应烧结碳化硅陶瓷在烧结过程中无收缩，有利于控制产品的外形尺寸，并大幅度提升产品的成品率。但是，常规反应烧结碳化硅陶瓷通常以金属硅粉为硅源，易出现残硅或残炭等现象发生，进而难以获得纯质的碳化硅陶瓷材料，并会降低材料的耐腐蚀性能与高温力学性能。

发明内容

本发明针对传统氧化物结合碳化硅膜支撑体使用温度低、耐腐蚀性差等问题，提出一种耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体及其制备方法。

一方面，本发明提供了耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将亚微米级或微米级碳化硅粉、亚微米级或微米级氮化硅粉、碳前驱体充分混合，得到混合粉体；

(2)将步骤(1)中的混合粉体进行成型，得到生坯；

(3)将步骤(2)中的生坯烧结得到耐高温耐腐蚀反应烧结碳化硅膜支撑体。

较佳地，所述的微米级碳化硅粉体的中位粒径为1.0～200μm；所述的亚微米级碳化硅粉体的中位粒径为0.1～1.0μm。

较佳地，所述的微米级氮化硅粉体的中位粒径为1.0～30μm；所述的亚微米级氮化硅粉体的中位粒径为0.1～1.0μm。

较佳地，所述碳前驱体包括活性碳粉和/或碳有机前驱体，所述碳有机前驱体包括蔗糖、果糖、淀粉与酚醛树脂中至少一种。