多孔陶瓷材料微结构调控及高温烟尘过滤管开发

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多孔陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀性、机械强度高等特点,可在高温、高压等恶劣条件下运行,是目前高效去除高温气体中颗粒物的最具发展潜力的技术。本文以制备高温烟气过滤用多孔陶瓷为目的,采用添加造孔剂法制备多孔陶瓷,探索了不同原料的性能,系统地研究了制备工艺、造孔剂种类和含量、烧结助剂种类和含量、烧结温度等因素对多孔陶瓷性能的影响。以氮化硅为原料,添加聚苯乙烯(PS)为造孔剂,低温熔融玻璃粉为烧结助剂,实现氮化硅陶瓷的低温烧结。研究了造孔剂尺寸、低温熔融玻璃粉含量、造孔剂含量对多孔氮化硅陶瓷微结构及力学性能的影响。发现适量的烧结助剂可以促进烧结,助烧剂含量过多,会产生液相,造成堵孔,不利于气孔的生成。大尺寸的PS会降低气孔率,减少坯体内部支撑,使强度降低,过多的PS也会破坏气孔率和力学性能之间的平衡。研究发现选用100μm的PS,添加量为20 wt.%,在1350℃烧结的多孔氮化硅的气孔率为17.35%,抗折强度为4.89 MPa。采用共沉淀法结合喷雾造粒制备氧化铝,研究了氧化铝陶瓷的烧结机理,分析其微结构演变以及力学性能变化。选用不同种类造孔剂制备多孔氧化铝陶瓷,进一步考察了造孔剂含量和烧结温度的协同效应。结果表明:烧结温度对多孔陶瓷性能的影响更显著,温度升高,气孔率明显降低;以炭粉为造孔剂很好地保留了孔洞,添加15 wt.%炭粉,在1100℃烧结,可以制备出密度为1.223 g/cm~3、气孔率为53.05%的多孔氧化铝陶瓷,显示其在高温烟气除尘应用的潜力。采用挤出成型工艺结合固相烧结制备了单通道大尺寸管状多孔陶瓷,探究了含水量和粘结剂对成型的影响。当含水量为40 wt.%,羧甲基纤维素添加2 wt.%时,陶瓷管的成型效果最好。在此基础上,研究了氧化铝尺寸和烧结温度对多孔陶瓷管性能的影响。当氧化铝尺寸为300~325目在1100℃下烧结的样品密度为1.505g/cm~3,孔隙率为48.40%。根据流动特点,利用Fluent软件对多孔氧化铝陶瓷管中流体的流动进行了仿真研究。同时,设计了一种新型烟气过滤装置,保证过滤系统长期稳定运行。
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