[发明专利]一种碳纳米高温陶瓷管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅橡胶，尤其涉及一种碳纳米高温陶瓷管及其制备方法。

背景技术

20 世纪 80 年代多孔陶瓷微滤和超滤技术开始进入工业化应用领域，由于陶瓷材料具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、易再生、过滤效率高，机械强度高等特性因而被广泛应用于于化工、食品、水处理、等领域，并且在在一些工况条件恶劣的环境中也得到了广泛应用，主要用于固液分离或固气分离。

传统的多孔陶瓷膜用碳化硅、氮化硅、莫来石、堇青石等陶瓷粉体制成，其孔隙源于颗粒堆积时形成的颗粒间的缝隙，因此的这类多孔陶瓷管的孔隙率、孔径大流体通过时的阻力较高，过滤粒径不满足要求，不适合在低压力或高通量下的应用；再者陶瓷材料虽然拥有众多材料不能比比拟的优越性，然而它致命的弱点是他的脆性，陶瓷材料都是由离子键或共价键组成的多经机构，它缺乏能促使材料滑移的系统，材料一旦收到外加的负荷，再加上陶瓷工艺所很难避免的在材料表面构成的微缺陷的存在，它们都有可能形成裂纹源，应力会在这些裂纹的尖端集中，在陶瓷材料中又没有其它可以消耗外来能量的系统，只有以新的自由能予以交换，这样的结果就造成裂纹的快速扩展，表现为材料的脆性断裂，这会大大降低材料的实用寿命，同时也限制了材料应用领域的扩展。

碳纳米管(CNTs)是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲成无缝筒状的纳米级中空管，其中每个碳原子通过sp杂化与周围3个碳原子发生完全键合。根据构成管壁碳原子的层数不同，可将CNTs分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)。多壁碳纳米管是一种中空柱状结构的碳纳米材料，原子间由C—C共价键相连，具有良好的力学性能和自润滑性，其平均杨氏模量为1.8 TPa，抗弯强度可达14.2 GPa。多壁碳纳米管，采用流化床反应器批量制备，碳管平均外径8~15 nm，平均长度10~30 um，比表面积大于233m²/g，由于其具有特殊的管桩结构并且有许多异常的力学、电学和化学性能而受到广泛关注。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术不足，提供一种碳纳米高温陶瓷管及其制备方法，本发明将传统的陶瓷管进行改良，制备出一种碳纳米高温陶瓷管，其具有耐高温、耐酸碱、硬度高、韧性好、过滤孔径达纳米级，具有结构简单，安装方便，生产成本低的优点。

一种碳纳米高温陶瓷管，从内向外依次包括多壁碳纳米管基体、中间过渡层和陶瓷粉末层，所述的中间过渡层为Ni-Al粉末，Ni-Al粉末中Ni的重量分数为60%~80%，优选65%~80%，更优选70%~80%，最优选72%~75%其余为Al粉末；所述的陶瓷粉末层由分布有TiO₂和Al₂O₃颗粒的金属间化合物基体研磨而成的复合陶瓷粉末喷涂而成，所述复合陶瓷粉末的平均粒径为5μm~20μm，优选5μm ~19μm，最优选5μm ~18μm。

进一步，本发明所述多壁碳纳米管基体由氨基化多壁碳纳米管粉末作为基体相烧结而成，所述氨基化多壁碳纳米管表面镀有Ni-P合金镀层，镀层厚度为2nm~8nm，优选2nm~5nm，最优选5nm；所述金属间化合物包括NiAl、NiTi和TiAl。

一种碳纳米高温陶瓷管的制备方法，包括以下步骤：

1)多壁碳纳米管基体的制备：a. 碳纳米管的制备：将表面镀有铁膜的硅片浸入介质溶液中，将硅片与直流电源连接，对硅片通电加热至500～1000℃，通电时间2h制得碳纳米管，所述铁膜厚度为2nm~30nm，优选6nm~24nm，最优选8nm~15nm，所述的介质溶液为乙醇或甲醇溶液中的任一种，所述的介质溶液使用前先通入氮气排除内部空气，用上述方法制备出的碳纳米管管身结构平滑均匀，管壁缺陷少，外径范围可达13～26 nm，并存在螺旋状碳纳米管，生长于硅片基底端为开口端冒，另一端端冒完全封闭。