[发明专利]梯度复合SiC陶瓷过滤管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高温烛状陶瓷过滤器中的梯度复合SiC陶瓷过滤管的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，能源的可持续发展与环境保护逐渐成为世界各国发展的主题。对于能源与环境的集合体电力行业来说，积极发展高效、清洁的发电技术显得十分迫切和必要。整体式煤气化联合循环发电IGCC（Intergrated Gasification Combined Cycle）技术是当今国际上最引人注目的课题。其中，煤气的净化除尘技术是IGCC中的关键技术之一，同时也是各类燃煤联合循环技术中的关键技术。

高温高压下煤（烟）气含尘量与煤种、炉型等很多因素有关，而燃气轮机透平入口要求含尘量最高允许浓度为6×10^－6，粒径应小于20μm。在众多高温除尘技术中，高温烛状陶瓷过滤器（图1）表现出了非常良好的运行稳定性，是众多过滤器中最突出的。

根据高温烟气过滤多孔陶瓷的使用条件，要求陶瓷过滤管4必须能承受气流化学特性变化、组分变化及喷入极细尘粒时的振动的影响，并保持较高的除尘效率，保持高流量及低压降特性；要求陶瓷过滤器能承受机械夹紧力、因气流脉冲喷射清洗引起的振动力和热应力；要求选择的陶瓷材料不仅要具有热学性能、化学性能、机械性能稳定性，还应具有较高的耐用性和可靠性，尤其在高温高压下，当存在气相硫、碱、氯元素腐蚀时，要求陶瓷材料具有很高的相对稳定性。

从过滤管的功能特性看，它要求对气体或液体的过滤精度高（一般<1μm），透气度高（一般>100m³/h.m²kPa）。均一材料难以满足上述矛盾的要求。

为了提高透气度，必须增加过滤管气孔率，增大孔径尺寸，但又必然带来陶瓷力学性能的下降，易在使用过程中发生过滤管脆性断裂。为了提高过滤精度，必须限制孔径尺寸，但会导致透气度下降，达不到使用要求。

传统的SiC陶瓷过滤管具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点，但存在上述所述的强度与透气度间的矛盾。

发明内容

为了解决现有陶瓷过滤管在高温烟气过滤中存在的强度与透气度之间的问题，本发明提供了一种高强、梯度复合SiC陶瓷过滤管的制备方法。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现的：

一种梯度复合SiC陶瓷过滤管的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，制备ZrO₂增韧复相SiC陶瓷过滤管，为包括一个封闭端，一个开口端的中空圆柱体结构；

第二步，复相SiC陶瓷梯度过滤膜的制备，具体包括下述步骤：

（1）将第一步制备好的ZrO₂增韧复相SiC陶瓷过滤管开口端向下慢速旋转，将SiC复合料浆按粗粒度80～100μm、中粒度30～50μm、细粒度10～20μm的顺序依次喷涂在ZrO₂增韧复相SiC陶瓷过滤管外壁上，形成梯度复合涂层；

（2）将喷涂好梯度复合涂层的ZrO₂增韧复相SiC陶瓷过滤管置于空气炉中于1000～1200℃下空气气氛下烧结。

上述方案中，所述SiC复合料浆为乙醇中分散有75.5～80.5wt%SiC、6～8wt%莫来石、0.5wt%Al₂O₃、8～12wt%石墨球磨得到，其中，乙醇加入量使溶质占复合料浆溶液的50～60wt%。

所述的ZrO₂增韧复相SiC陶瓷过滤管制备工艺包括下述步骤：

（1）按70～85wt%SiC、4～6wt%ZrO₂、5～20wt%石墨、5.5～8.5wt%莫来石、0.5～1.2wt%烧结助剂称量，然后加入塑化剂、固化剂、有机溶剂混合球磨得到料浆；风干去除料浆中的部分有机溶剂，使有机溶剂含量低于10wt%，再在40℃左右温度下熟化，得到挤出成型用泥料；其中，塑化剂加入量为固体颗粒的30～40wt%，固化剂的加入量是塑化剂的3～7wt%；

（2）将泥料装入模具的内腔，在挤压机上加压，预制坯体挤出；

（3）将预制坯体在500～900℃热解；

（4）将热解后的坯体在空气气氛下1300～1500℃烧结。

所述SiC采用200～300μm颗粒作为骨料占比60～80wt%，小于10μm颗粒作为粘结剂，占比40～20wt%。