微孔陶瓷材料的生产方法.docx

微孔陶瓷材料的生产方法刘得利( 唐山陶瓷研究院 ,唐山 063020)摘要 :本文综述了两种微孔陶瓷过滤材料的生产方法 ———粉体烧结 、结构浸析 ,给出了材料的结构特点和使用性能 。关键词 :微孔陶瓷 ;粉体烧结 ;结构浸析中图分类号 : TQ174175 + 8122文献标识码 :A粉体固相烧结法 ,包括使用各种发孔剂 ( 焚烧剂 、生气剂 、纤维填料等) 和起泡剂 ; 结构浸析或一种 成分的挥发法 。1引言过滤法越来越广泛地在各个工业部门用于分离液体和气体混合物 。过滤依据被分离粒子的大小 , 分 为 普 通 过 滤 ( 分 离 粒 子 的 尺 寸 为 1 ～1000μm) 、微 滤 ( 10 - 1 ～ 10μm) 、超 滤 ( 10 - 3 ～ 10 - 1μm) 和反渗透 ( 10 - 4 ～ 10 - 2μm) 。其中 , 在现代工 艺中应用最广的是微滤和超滤 。微滤和超滤法均 用于高分子物质的分离 、水溶液和气体的浓缩和 分馏 。微滤时 ,使用微孔过滤器 ; 超滤时 ,只能使用 称为薄膜的极薄过滤器 。薄膜厚度约为 011mm 。 要制取微孔过滤器和薄膜 ,可使用聚合物 、金属 、玻璃 、陶瓷及其它材料 。陶瓷过滤器与其它材 料过滤器相比 ,主要具有以下优点 : 机械强度高 、结构硬 、耐腐耐热 、长期使用工作性能稳定 、可多 次再生 、抗细菌作用等 。陶瓷过滤器还易于净化 , 仅通过煅烧 、逆流水或其它液体即可 。上述性能使得陶瓷滤件可在广泛的 p H 范围 ( 0～14) 、高温 高压 (1～10MPa) 、腐蚀介质条件下分离溶液 。决定微孔过滤材料工艺性能的主要结构特性是 :孔隙率 (开口 、闭口和总孔隙率) 、孔隙形态和 尺寸 、孔隙大小的分布 、孔隙的表面比率 、孔隙密 度 ———过滤器的表面单位孔隙数量 。微孔过滤材料的使用特性是 : 对各种介质的渗透性 、选择性 、实际使用条件下的寿命 、机械强 度 、耐热性 、化学稳定性 。本文仅介绍微孔过滤材料的生产方法 : 陶瓷2陶瓷粉体烧结法制取微孔陶瓷材料的一个最简单方法 ,就是在初始配料中引入各种焚烧发孔剂 ,将粉体烧结 。作分解成分或生气成分的可以是有机物 ———细散 结晶纤维素 、胺 、乙醇 、高级油 、硅有机树脂 ,也可以是碳酸盐 、硝酸盐及其它加热时可分解构成气状物的无机化合物 。这些成分有助于调整孔隙的 体积和尺寸 。例如 ,引入初始陶瓷配料中的细散 纤维素焚烧后 ,构成如同微纤维素晶体般的小空 间 。当加热至分解温度时 ,配料中含有的分解物 消除 ,产生孔隙 。还有许多不很精细的其它成孔方法 ,如引入 木屑 、淀粉 、煤 、过筛炉渣 、棉绒 、陶瓷纤维及用陶 瓷悬浮液浸渍有机泡沫等 。通过仿制海绵材料结构制取多孔陶瓷材料 , 是焚烧添加剂法之一 。该方法包括 : 制备陶瓷泥 浆 、用泥浆浸渍在以后的煅烧中可焚尽的聚合物海绵材料 (弹性泡沫塑料 、泡沫聚氨酯等) 1 。德国推出了一种利用生气剂 CaCO3 和乙二醇 或甲基纤维素有机粘合剂生产 ZrO2 陶瓷片 、管及其它 形 状 制 品 的 方 法2 。为 了 生 产 出 组 成 为0185ZrO2·0115CaO 的 , 先在颗粒尺寸为 1 ～ 10μm的 ZrO2 和 CaOCO3 粉 体 混 合 物 中 加 入 粘 合 剂 和 水 ,并用搅拌器制成膏状坯料 ,而后将该坯料挤压收稿日期 :200221021820山东陶瓷第 26 卷成需用形状 。制品干燥后 , 于 1550 ℃下烧结 3～10h 。通过改变初始材料粉体的粒度组成 、混合物 中的生气剂数量和烧结过程中可焚尽的有机粘合 剂数量 ,调整孔隙率和孔隙尺寸 。德国专利 ( 申请号 4114388) 介绍了用混合物(013～10 %TiO2 ,0 . 4～15 %Al2O3 ,其余为 MgO) 烧 结法生产多孔耐火材料的过程 。该混合物中拥有 少量的平均尺寸 (100μm) 颗粒 。通过对混合物各 成分粒度组成的特别选择 ,构成材料的孔隙率 。 在“氧化铝基多孔陶瓷”3 一文中 ,论述了使 用发孔剂经烧结法生产选择膜用氧化铝多孔基体 的工艺 。作发孔剂的是一种分解成分 ———热分解时可形成活性氧化铝的氢氧化铝 :水量可降低孔隙率 ,提高强度 。利用该方法 ,可以制取孔隙 (1～10μm) 分布均匀的多孔陶瓷 。 后一 专 利 给 出 的 是 平 均 孔 隙 直 径 约 为 20 !的氮化硅基微孔陶瓷的生产方法 。作发孔剂的是 平均分子质量为 200～10000g/ mol 的聚合物 。这 种陶瓷的生产步骤如下 :制备混合料 ,该混合料应含 30～99 份聚合物和 1～70 份平均粒子直径为 10μm 的氮化硅或氰 化硅陶瓷