[发明专利]一种碳化硅过滤膜层及其低温制备方法

说明书

本发明属于多孔陶瓷材料领域，具体为一种碳化硅过滤膜层及其低温制备方法。碳化硅过滤膜层的组成为纯质SiC，表面膜层由细颗粒碳化硅堆积结合而成，孔径20nm～20μm，膜层孔隙率在40～50％之间，具有高通孔隙率、低压降、强度高、抗热冲击性能好、使用温度高的特点。采用细碳化硅颗粒、有机硅前驱体、造孔剂添加剂配制膜层浆料，采用喷涂表面制备膜层，经干燥后，烧结得到纯质碳化硅膜层。本发明采用有机硅前驱体裂解生成结合相，烧结温度低，孔隙结构控制容易，所制备膜层即可在氧化气氛下使用，也可以在还原气氛下使用，耐酸、碱腐蚀性能强，可用于煤气化化工及IGCC、PFBC煤气化发电、高温烟气、汽车尾气、水净化等各种高、低温流体过滤净化。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料领域，具体为一种碳化硅过滤膜层及其低温制备方法。

背景技术

高温陶瓷过滤材料一般都在各种苛刻的环境条件下工作，作为气体净化用高温陶瓷过滤材料通常要求具有：(1)高的机械强度、耐高温(300～900℃)和优良的耐介质腐蚀性能；(2)高的过滤精度和过滤气速以及低的压力降；(3)易于反吹、操作稳定、过滤效率高；(4)具有良好的热稳定性能，能够承受频繁的高压脉冲冷气体的反吹造成的热冲击。同时，根据其应用场合要求，高温陶瓷过滤器必须能承受气流化学特性变化的影响组分变化的影响、喷入极细尘粒时振动的影响，并保持较高的除尘效率，保持高流量等要求。选择的陶瓷材料不仅具有热的化学、机械稳定性，还应具有耐用性和高的可靠性；尤其在高温高压条件下，当存在气相硫、碱、氯元素腐蚀的情况时，还要求陶瓷材料具有高的化学稳定性。

高温陶瓷过滤材料的过滤性能、高温热稳定性和安定性能以及长周期运行的可靠性能，是高温陶瓷过滤材料设计的关键。具有过滤、脱硫或脱硝多功能一体化的高温陶瓷过滤材料将是气体净化材料进一步发展方向。在各类陶瓷过滤材料中，以SiC陶瓷最有发展前景，因为SiC较氧化物陶瓷具有高导热率、低膨胀系数、抗热冲击性能好、使用温度高(1000℃以上)的特点，因此在汽车尾气、煤化工、融熔金属等产业领域高温流体过滤方面的优选材料。

但目前在高温气体过滤方面应用最多的碳化硅过滤材料多为粘土等氧化物结合SiC陶瓷，缺点是导热率低，导致抗热冲击性能差，使得陶瓷过滤材料难以承受大的热负荷波动；特别是在高温煤气化发电技术(如IGCC、PFBC)中，因煤中含有硅酸钠、NaCl成份，煤炭燃烧后转化成的Na2Si2O5会严重腐蚀氧化物结合碳化硅过滤材料，导致过滤器的破坏失效，而研究表明纯净的SiC陶瓷材料却不受到上述腐蚀，同时纯质碳化硅材料在高温氧化及还原气氛下都可以使用，但是目前在纯质碳化硅过滤材料研制方面技术少，所得制品强度低、孔径分布不均匀、过滤效率不高、过滤压降大、孔隙结构不易于反吹清洗的缺点，限制碳化硅过滤材料的应用进程。

过滤材料在使用过程中，对过滤精度起到决定作用的是附着在过滤材料支撑体表面的过滤膜层，支撑体起到强度作用，由二者形成的梯度结构既可以保证强度要求，又可以保证过滤效果，考虑到过滤阻力问题，过滤膜层做得一般很薄，这样就要求过滤膜层具有高的耐受性和高过滤性能。现有碳化硅支撑体过滤材料膜层多为氧化铝、莫来石等氧化物材质，为了更好的与碳化硅支撑体匹配，人们一直期望制备纯质碳化硅膜层，但是由于碳化硅不易烧结，烧结温度高(1900～2400℃)，很难在控制膜层孔隙结构的同时又保证膜层内晶粒的良好结合，常规方法制备的碳化硅膜层强度低，不耐冲刷，寿命低。因此，使用温度高、耐各种介质腐蚀、强度高、高强度、低压降、易于再生、制备方法可靠、成本低的碳化硅过滤膜层是人们所期待的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅过滤膜层及其低温制备方法，具体解决如上技术问题：

本发明要解决的一个技术问题是：避免现有过滤材料材料表面过滤膜层大多为莫来石、氧化铝等氧化物陶瓷的材料组成，提供一种纯质碳化硅过滤材料，材料组成为99wt％以上碳化硅，使得此种材料能在各种气氛条件下耐介质腐蚀能力更强。