[发明专利]一种高孔隙率莫来石晶须多孔陶瓷管及制备方法

说明书

本发明公开了一种由均匀莫来石晶须互锁形成的高孔隙率多孔陶瓷管及其制备方法。将铝源、硅源和晶须生长催化剂三种粉体均匀混合后，分散到有机溶液(PESF、PVP溶于NMP溶剂获得有机溶液)中，混合球磨均匀后置于模具中，进行挤出相转化成型，获得陶瓷管生坯。在1300‑1500℃烧结生坯，晶须原位生长并形成互锁结构，从而获得高孔隙率莫来石晶须多孔陶瓷管，孔隙率>70％，断裂强度约>3MPa。本发明的莫来石晶须多孔陶瓷管可应用于绝热保温、消音降噪、催化剂载体以及气固分离等领域。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷及制备技术领域，具体涉及一种莫来石晶须多孔陶瓷管及其制备方法。

背景技术

多孔莫来石陶瓷具有好的化学稳定性、低的热导率和热膨胀系数以及良好的抗热震性，近年来引起人们广泛关注。多孔莫来石陶瓷在绝热保温、消音降噪、催化剂载体以及分离提纯等方向具有重大应用价值。莫来石晶体具有各向异性生长特性，在催化剂存在条件下，容易长成一维纳米晶须。该特性在原位反应制备多孔莫来石陶瓷过程中，可有效抑制陶瓷烧结收缩，有利于高孔隙率莫来石陶瓷制备。因此，由晶须均匀原位自由生长形成的晶须互锁结构莫来石陶瓷将具有高的孔隙率。此外，晶须结构缺陷较少，力学性能优异，由均匀莫来石晶须互锁形成的多孔陶瓷不但具有较高的孔隙率而且也有益于机械强度的提高。传统压制成型方法制备多孔莫来石晶须，由于粉体团聚严重，生坯孔隙率低等原因不利于莫来石晶须均匀原位自由生长。因此，需要发展新的成型方法，通过高温原位反应制备由均匀莫来石晶须互锁形成的多孔莫来石陶瓷。基于以上，本发明提出了一种高孔隙率莫来石晶须多孔陶瓷管及其制备方法。

发明内容

本发明目的在于提出一种由均匀莫来石晶须互锁形成的高孔隙率陶瓷管及制备方法。

本发明的具体技术，包括以下步骤:

(1)铸膜液配置：

首先将粘结剂PESF(聚醚砜树脂)和增塑剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶解于NMP(N-甲基吡咯烷酮)；溶解完全后，分次加入混合粉体，混合粉体为铝源和硅源原料粉体以及晶须生长催化剂的均匀混合物；当铸膜液粘度较大但仍有一定流动性时，停止加入混合粉体。

(2)陶瓷管制备：

将铸膜液注入陶瓷管成型装置(成型装置见实用新型专利204699591U)，利用装置挤出，使得铸膜液与絮凝剂(水、酒精等)接触，因发生相转化过程而固化；然后，絮凝剂中浸泡24-48小时，获得陶瓷管生坯。

(3)高温烧结：

陶瓷膜生坯置于高温马弗炉中在1300-1500℃烧结，最终获得具有一定机械强度的高孔隙率莫来石晶须多孔陶瓷管。

在本发明中，铝源可以为氢氧化铝、γ-氧化铝、高岭土、铝矾土等中的一种或几种；硅源可以为高岭土、煤矸石、粉煤灰、石英等中的一种或几种；晶须生长催化剂可以为氟化铝、氧化钼、氧化钨、钨酸氨、钼酸铵、氧化钒等中的一种或几种。

在本发明中，陶瓷铸膜液必须具有一定的流动性和较高粘度，保证铸模过程防止生坯畸形。铸膜液中可加入少量表面活性剂，降低铸膜液的粘度，增加铸膜液中固体含量，有利于高孔隙率晶须陶瓷管机械强度增加。

在本发明中，陶瓷管生坯烧结过程中，莫来石形核并原位各向异性生长形成莫来石晶须。调节催化剂含量和种类以及烧结温度，可控制莫来石晶须的长径比和微观结构，从而控制陶瓷管的孔隙率、机械强度和孔径分布等结构性质。

在本发明中，在铸膜液中或混合粉体中加入造孔剂(如淀粉、石墨等)，可进一步提高陶瓷管孔隙率。

本发明的有益效果是：