CN112675617B - 碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法 - Google Patents
碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112675617B CN112675617B CN202110025227.1A CN202110025227A CN112675617B CN 112675617 B CN112675617 B CN 112675617B CN 202110025227 A CN202110025227 A CN 202110025227A CN 112675617 B CN112675617 B CN 112675617B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- corundum
- porous spinel
- carbon filter
- silicon carbide
- spinel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 115
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 143
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 140
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 115
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims abstract description 115
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims abstract description 32
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 30
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 69
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 59
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 51
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 23
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 claims description 21
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 21
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000009933 burial Methods 0.000 claims description 10
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 10
- 229920005552 sodium lignosulfonate Polymers 0.000 claims description 10
- SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate;nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N nickel(2+);dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 claims description 7
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 7
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 5
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000142 Sodium polycarboxylate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 229910000608 Fe(NO3)3.9H2O Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 42
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 abstract 1
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 abstract 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 11
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 229910002554 Fe(NO3)3·9H2O Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- MAJZZCVHPGUSPM-UHFFFAOYSA-N nitric acid nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O[N+]([O-])=O MAJZZCVHPGUSPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OQUOOEBLAKQCOP-UHFFFAOYSA-N nitric acid;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O[N+]([O-])=O OQUOOEBLAKQCOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- NASRDENTZCCAPN-UHFFFAOYSA-N OC([Na])=O Chemical compound OC([Na])=O NASRDENTZCCAPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229920003123 carboxymethyl cellulose sodium Polymers 0.000 description 1
- 229940063834 carboxymethylcellulose sodium Drugs 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002984 plastic foam Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳化硅增强的多孔尖晶石‑刚玉‑碳过滤器及其制备方法。其技术方案是：以改性多孔尖晶石‑刚玉陶瓷细粉、刚玉微粉、改性煤焦油沥青粉、单质硅粉和羧甲基纤维素钠为原料，加入铝溶胶、减水剂、消泡剂和去离子水，搅拌，得到具有触变性的陶瓷浆体；将预处理聚氨酯泡沫浸入所述陶瓷浆体中，然后用对辊机去除多余陶瓷浆体，养护，干燥；埋碳条件下升温至1100～1250℃，保温，冷却；将冷却后的多孔尖晶石‑刚玉‑碳过滤器预烧体浸渍于具有触变性的陶瓷浆体中，真空静置，离心处理，干燥，在埋碳条件和1350～1480℃保温，制得碳化硅增强的多孔尖晶石‑刚玉‑碳过滤器。本发明的力学性能优良、热震稳定性优异、使用寿命长和能有效净化钢液。
Description
技术领域
本发明属于多孔陶瓷过滤器技术领域。尤其涉及一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法。
背景技术
钢液中夹杂物是影响钢质量的重要因素，提高钢液洁净度、去除钢液中夹杂物是生产高附加值钢材产品的重要技术手段。例如，在高品质特殊钢液浇注的最终环节引入高热震稳定性、高强度和长寿命的多孔陶瓷过滤器滤除钢液中的夹杂物是一种有效净化钢液、提高钢质量的重要方法。
目前，关于钢液过滤用陶瓷过滤器已有报道。如“氧化铝质多孔泡沫陶瓷过滤器的制备方法”(CN103848642A)专利技术，采用工业氧化铝微粉等为原料，以聚氨酯海绵泡沫为模板制备了氧化铝质多孔泡沫陶瓷过滤器，但该技术使用的工业氧化铝微粉为致密粉体，所得制品骨架表面致密，与钢液中夹杂物相互作用弱，过滤效果差，而且制品强度低，热震稳定性差，使用寿命低。又如“一种氧化锆基泡沫陶瓷过滤器的制备方法”(CN111039694A)专利技术，采用氧化锆、氧化镁和氧化铈等为原料，以塑料泡沫为模板制备了氧化锆基泡沫陶瓷过滤器，但该技术使用的原料均为致密粉体，所得制品对小尺寸夹杂物吸附能力有限，且由于氧化锆高温化学稳定性强，对夹杂物的化学吸附能力弱、过滤效果差，同时，氧化锆与熔渣接触时易失去稳定剂，会因晶型转变产生的体积变化而导致制品损毁。又如“碳化硅质泡沫陶瓷过滤器”(CN100536985C)专利技术，采用碳化硅、氧化铝和二氧化硅等为原料，以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，制备了碳化硅质泡沫陶瓷过滤器，但碳化硅为非氧化物，与钢液中氧化物夹杂亲和性差、相互作用弱，导致制品对氧化物夹杂吸附能力弱，过滤效果差。又如“用硅胶粘合剂粘合的含有碳质材料的陶瓷过滤器及其制造方法”(CN101264401B)专利技术，以网状多孔泡沫为模板，制备了含碳陶瓷过滤器，但制品中氧化物与碳之间的界面相容性差，烧结程度弱，导致制品强度低，同时由于采用致密原料，使骨架表面相对致密，对夹杂物吸附能力差，过滤效果差。
可见，现有的钢液用多孔陶瓷过滤器技术仍存在几个问题，其一、过滤器骨架强度低、热震稳定性差、使用寿命短；其二、过滤器骨架表面致密，对夹杂物的吸附能力有限，过滤效果差。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，用该方法制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器力学性能优良、热震稳定性优异、使用寿命长和能有效净化钢液，适用于高品质特殊钢液过滤。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2～4℃/min的速率升温至350～500℃，保温1～3小时；再以2～5℃/min的速率升温至850～1250℃，保温2～4小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉。
步骤1.2、按所述多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶(1.8～2.6)，先将所述多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至2.0～3.0kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌15～20分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液。
步骤1.3、将所述混合溶液在150～240℃条件下干燥2～4小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在80～180MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～150℃条件下干燥12～36小时；然后以3～5℃/min的速率升温至1550～1650℃，保温3～5小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷。
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为20～38％，体积密度为2.22～2.90g/cm3，平均孔径为280～550nm。
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶(1.5～5.5)，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌5～10分钟，得到改性溶液。
步骤2.2、按所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶(20～36)，先将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2～3kPa，再加入所述改性溶液，搅拌15～30分钟，关闭抽真空系统，自然干燥24～36小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将8～20ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中1.5～3.5小时，取出后用去离子水洗涤3～6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以80～92wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、5～11wt％的刚玉微粉、2～5wt％的改性煤焦油沥青粉、0.5～1wt％的单质硅粉和0.5～3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合1～3小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料2～6wt％的铝溶胶、0.04～0.15wt％的减水剂、0.3～1.3wt％的消泡剂和20～56wt％的去离子水，搅拌15～40分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体。
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10～15分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护12～24小时，在80～120℃条件下干燥12～24小时；在埋碳条件下，以0.5～2℃/min的速率升温至1100～1250℃，保温2.5～6.5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体。
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至2.0～3.0kPa，静置10～20分钟，取出后在离心机中以200～450r/min的转速处理3～5分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥20～40小时，再于80～110℃条件下干燥10～30小时，在埋碳条件下，以3～5℃/min升温至1350～1480℃，保温2.5～5.5小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同。
所述改性煤焦油沥青粉的粒径小于74μm；所述改性煤焦油沥青粉的C含量大于70wt％。
所述氢氧化铝细粉的粒径小于88μm；所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为60～66wt％。
所述氯化镁溶液的MgCl2含量为10～30wt％。
所述催化剂为九水硝酸铁、六水硝酸钴和六水硝酸镍中的一种；所述九水硝酸铁中Fe(NO3)3·9H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸钴中Co(NO3)2·6H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸镍中Ni(NO3)2·6H2O含量大于98wt％。
所述NaOH溶液溶剂为去离子水；所述NaOH溶液的浓度为6～8mol/L。
所述刚玉微粉的粒径为小于20μm；所述刚玉微粉的Al2O3含量大于99wt％。
所述单质硅粉的粒径小于0.045mm；所述单质硅粉的Si含量大于98wt％。
所述铝溶胶的Al2O3含量为20～45wt％。
所述消泡剂为二甲基硅油或为聚醚改性硅油。
所述减水剂为木质素磺酸钠或为聚羧酸盐；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为45～60wt％，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为700～2300。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本发明采用具有纳米孔径的改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉为原料，在骨架内部生成了特殊分布的碳化硅晶须，进一步提高了制品的强度、热震稳定性和使用寿命。
本发明以改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉为原料，相比于致密原料，这种原料具有贯通状纳米孔径的多孔结构，有利于提高制品的强度、热震稳定性和使用寿命。
①改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉表面粗糙，增大了陶瓷浆体与聚氨酯泡沫模板的接触面积，改善了挂浆性能，有利于增大骨架厚度，提高制品强度。
②在现有含碳材料中，氧化物颗粒表面相对光滑，氧化物颗粒与碳之间烧结程度较弱，难以形成颈部连接；相比于现有含碳材料，本制品中采用的改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的粗糙表面增大了改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉之间、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉与改性煤焦油沥青粉之间的接触面积，加快了高温烧结过程中物质传输速率，促进了各微颗粒之间连接颈部的长大，在颗粒之间形成了锯齿状咬合结构，进一步提高了制品的强度。
③在现有碳化硅晶须增强的含碳材料中，碳化硅晶须只能形成在基质粉体的间隙中，与氧化物材料间界面相容性差，限制了基体强度和热震稳定性的进一步提高，而本发明采用的改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉内部和表面的孔洞为碳化硅晶须的生长提供大量着位点，同时，真空静置后，孔洞中附着着催化剂，在催化剂的作用下，表面孔洞中原位生成碳化硅晶须，与基质中碳化硅晶须相互交织，在改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷粉体之间以及改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉与改性煤焦油沥青粉之间形成碳化硅晶须交织的锁扣界面，弥补了现有碳化硅晶须与氧化物材料界面相容性差的缺点，进一步提高了制品的强度、热震稳定性和使用寿命。
(2)本发明的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器骨架具有微纳米孔多孔结构，对非金属夹杂物具有更强的吸附能力，能有效地净化钢液。
本发明的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器骨架为微纳米孔径的多孔结构，与现有钢液过滤器相比，在过滤器骨架孔结构与材料设计方面均有创新。
①本发明采用改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉为原料，使所得制品的骨架具有微纳米尺寸气孔的多孔孔壁结构，增加了骨架的比表面积，增强了制品对钢液中夹杂物的物理吸附能力。
②本发明过滤器的骨架表面粗糙，且含有碳，增大了钢液对过滤器骨架的润湿角，提高了制品对钢液中夹杂物的吸附能力。
③在高温服役条件下，氧化铝和碳发生碳热还原反应，Al2O3被还原后主要以Al、AlO和Al2O蒸气的形式存在。Al、AlO和Al2O蒸气通过制品内部微纳米气孔逸散到制品表面，被再次氧化生成高活性的Al2O3层，降低了钢液中总氧含量，同时，高活性Al2O3层沉积在制品表面，也能进一步吸附钢液中夹杂物，增强过滤效果。
④在高温服役过程中，制品内部会产生气体，例如CO、CO2、Al、AlO和Al2O蒸气等，这些气体会通过制品中微纳米气孔逸散到钢液中，形成微米气泡，既降低制品内部压力，防止制品因内部压力过大而爆裂，同时，CO、CO2形成的气泡在上浮的过程中也能捕获小尺寸夹杂，Al、AlO和Al2O蒸气能与钢液中的氧以及其他夹杂物反应形成渣，渣上浮被顶渣吸收，进一步降低钢液中总氧含量和非金属夹杂物，能有效地净化钢液。
本发明所制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器经检测：孔隙率为80～90％；体积密度为0.5～0.85g/cm3；耐压强度为2.2～4.5MPa；物相组成主要为尖晶石、刚玉、β-SiC和石墨。
因此，本发明制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器具有微纳米孔多孔骨架和特殊分布的碳化硅晶须，力学性能优良、热震稳定性优异、使用寿命长和能有效净化钢液，适用于高品质特殊钢液的过滤。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2～4℃/min的速率升温至350～500℃，保温1～3小时；再以2～5℃/min的速率升温至850～1250℃，保温2～4小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉。
步骤1.2、按所述多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶(1.8～2.6)，先将所述多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至2.0～3.0kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌15～20分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液。
步骤1.3、将所述混合溶液在150～240℃条件下干燥2～4小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在80～180MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～150℃条件下干燥12～36小时；然后以3～5℃/min的速率升温至1550～1650℃，保温3～5小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷。
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为20～38％，体积密度为2.22～2.90g/cm3，平均孔径为280～550nm。
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶(1.5～5.5)，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌5～10分钟，得到改性溶液。
步骤2.2、按所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶(20～36)，先将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2～3kPa，再加入所述改性溶液，搅拌15～30分钟，关闭抽真空系统，自然干燥24～36小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将8～20ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中1.5～3.5小时，取出后用去离子水洗涤3～6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以80～92wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、5～11wt％的刚玉微粉、2～5wt％的改性煤焦油沥青粉、0.5～1wt％的单质硅粉和0.5～3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合1～3小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料2～6wt％的铝溶胶、0.04～0.15wt％的减水剂、0.3～1.3wt％的消泡剂和20～56wt％的去离子水，搅拌15～40分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体。
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10～15分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护12～24小时，在80～120℃条件下干燥12～24小时；在埋碳条件下，以0.5～2℃/min的速率升温至1100～1250℃，保温2.5～6.5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体。
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至2.0～3.0kPa，静置10～20分钟，取出后在离心机中以200～450r/min的转速处理3～5分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥20～40小时，再于80～110℃条件下干燥10～30小时，在埋碳条件下，以3～5℃/min升温至1350～1480℃，保温2.5～5.5小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同。
所述改性煤焦油沥青粉的C含量大于70wt％。
所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为60～66wt％。
所述氯化镁溶液的MgCl2含量为10～30wt％。
所述催化剂为九水硝酸铁、六水硝酸钴和六水硝酸镍中的一种；所述九水硝酸铁中Fe(NO3)3·9H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸钴中Co(NO3)2·6H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸镍中Ni(NO3)2·6H2O含量大于98wt％。
所述NaOH溶液的浓度为6～8mol/L。
所述刚玉微粉的Al2O3含量大于99wt％。
所述单质硅粉的Si含量大于98wt％。
所述铝溶胶的Al2O3含量为20～45wt％。
所述消泡剂为二甲基硅油或为聚醚改性硅油。
所述减水剂为木质素磺酸钠或为聚羧酸盐；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为45～60wt％，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为700～2300。
本具体实施方式中：
所述改性煤焦油沥青粉的粒径小于74μm；
所述氢氧化铝细粉的粒径小于88μm；
所述NaOH溶液溶剂为去离子水；
所述刚玉微粉的粒径为小于20μm；
所述单质硅粉的粒径小于0.045mm。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2℃/min的速率升温至350℃，保温1小时；再以2℃/min的速率升温至850℃，保温2小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉。
步骤1.2、按所述多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶1.85，先将所述多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至2.0kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌15分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液。
步骤1.3、将所述混合溶液在150℃条件下干燥2小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在175MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110℃条件下干燥12小时；然后以3℃/min的速率升温至1560℃，保温3小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷。
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为21％，体积密度为2.89g/cm3，平均孔径为290nm。
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶1.5，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌5分钟，得到改性溶液。
步骤2.2、按所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶20，先将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2kPa，再加入所述改性溶液，搅拌15分钟，关闭抽真空系统，自然干燥24小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将8ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中1.5小时，取出后用去离子水洗涤3次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以80wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、11wt％的刚玉微粉、5wt％的改性煤焦油沥青粉、1wt％的单质硅粉和3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合1小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料2.5wt％的铝溶胶、0.05wt％的减水剂、0.31wt％的消泡剂和21wt％的去离子水，搅拌15分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体。
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护12小时，在80℃条件下干燥12小时；在埋碳条件下，以0.5℃/min的速率升温至1100℃，保温2.5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体。
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至2.0kPa，静置10分钟，取出后在离心机中以200r/min的转速处理3分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥20小时，再于80℃条件下干燥10小时，在埋碳条件下，以3℃/min升温至1360℃，保温2.5小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同。
所述改性煤焦油沥青粉的C含量为70.1wt％。
所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为66wt％。
所述氯化镁溶液的MgCl2含量为30wt％。
所述催化剂为九水硝酸铁；所述九水硝酸铁中Fe(NO3)3·9H2O含量为98.1wt％。
所述NaOH溶液的浓度为8mol/L。
所述刚玉微粉的Al2O3含量为99.1wt％。
所述单质硅粉的Si含量为98.2wt％。
所述铝溶胶的Al2O3含量为45wt％。
所述消泡剂为二甲基硅油。
所述减水剂为木质素磺酸钠；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为48wt％。
本实施例制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器经检测：孔隙率为81％；体积密度为0.83g/cm3；耐压强度为4.4MPa；物相组成主要为尖晶石、刚玉、β-SiC和石墨。
实施例2
一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2.5℃/min的速率升温至400℃，保温1.5小时；再以3℃/min的速率升温至1000℃，保温2.5小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉。
步骤1.2、按所述多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶2.1，先将所述多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至2.4kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌16分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液。
步骤1.3、将所述混合溶液在200℃条件下干燥2.5小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在150MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于120℃条件下干燥22小时；然后以4℃/min的速率升温至1580℃，保温3.5小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷。
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为25％，体积密度为2.61g/cm3，平均孔径为410nm。
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶3，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌6分钟，得到改性溶液。
步骤2.2、按所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶26，先将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2.2kPa，再加入所述改性溶液，搅拌20分钟，关闭抽真空系统，自然干燥28小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将12ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中2.5小时，取出后用去离子水洗涤4次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以83wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、10wt％的刚玉微粉、4wt％的改性煤焦油沥青粉、0.7wt％的单质硅粉和2.3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合1.5小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料3wt％的铝溶胶、0.08wt％的减水剂、0.6wt％的消泡剂和30wt％的去离子水，搅拌25分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体。
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍13分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护16小时，在100℃条件下干燥15小时；在埋碳条件下，以1.2℃/min的速率升温至1180℃，保温3.5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体。
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至2.4kPa，静置14分钟，取出后在离心机中以300r/min的转速处理3分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥26小时，再于90℃条件下干燥18小时，在埋碳条件下，以3.5℃/min升温至1380℃，保温3小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同。
所述改性煤焦油沥青粉的C含量为70.2wt％。
所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为64wt％。
所述氯化镁溶液的MgCl2含量为25wt％。
所述催化剂为六水硝酸钴；所述六水硝酸钴中Co(NO3)2·6H2O含量为98.2wt％。
所述NaOH溶液的浓度为7mol/L。
所述刚玉微粉的Al2O3含量为99.2wt％。
所述单质硅粉的Si含量为98.4wt％。
所述铝溶胶的Al2O3含量为30wt％。
所述消泡剂为聚醚改性硅油。
所述减水剂为聚羧酸盐；所述聚羧酸盐中的侧链分子量为1000。
本实施例制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器经检测：孔隙率为84％；体积密度为0.72g/cm3；耐压强度为3.8MPa；物相组成主要为尖晶石、刚玉、β-SiC和石墨。
实施例3
一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以3℃/min的速率升温至430℃，保温2小时；再以3.5℃/min的速率升温至1100℃，保温3小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉。
步骤1.2、按所述纳米孔径的多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶2.2，先将所述纳米孔径的多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至2.6kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌18分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液。
步骤1.3、将所述混合溶液在210℃条件下干燥3小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在120MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于130℃条件下干燥28小时；然后以4.3℃/min的速率升温至1600℃，保温4小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷。
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为30％，体积密度为2.44g/cm3，平均孔径为490nm。
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶4，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌9分钟，得到改性溶液。
步骤2.2、按所述多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶32，先将所述多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2.5kPa，再加入所述改性溶液，搅拌25分钟，关闭抽真空系统，自然干燥30小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将15ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中3小时，取出后用去离子水洗涤5次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以87wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、7wt％的刚玉微粉、3wt％的改性煤焦油沥青粉、0.8wt％的单质硅粉和2.2wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合2小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料4wt％的铝溶胶、0.1wt％的减水剂、0.85wt％的消泡剂和45wt％的去离子水，搅拌30分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体。
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍14分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护18小时，在110℃条件下干燥17小时；在埋碳条件下，以1.6℃/min的速率升温至1210℃，保温5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体。
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至2.6kPa，静置16分钟，取出后在离心机中以400r/min的转速处理5分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥32小时，再于110℃条件下干燥23小时，在埋碳条件下，以3.8℃/min升温至1420℃，保温4小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同。
所述改性煤焦油沥青粉的C含量为70.4wt％。
所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为62wt％。
所述氯化镁溶液的MgCl2含量为20wt％。
所述催化剂为六水硝酸镍；所述六水硝酸镍中Ni(NO3)2·6H2O含量为98.3wt％。
所述NaOH溶液的浓度为7mol/L。
所述刚玉微粉的Al2O3含量为99.3wt％。
所述单质硅粉的Si含量为98.6wt％。
所述铝溶胶的Al2O3含量为25wt％。
所述消泡剂为二甲基硅油。
所述减水剂为木质素磺酸钠；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为58wt％。
本实施例制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器经检测：孔隙率为86％；体积密度为0.6g/cm3；耐压强度为2.9MPa；物相组成主要为尖晶石、刚玉、β-SiC和石墨。
实施例4
一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以4℃/min的速率升温至500℃，保温3小时；再以5℃/min的速率升温至1250℃，保温4小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉。
步骤1.2、按所述多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶2.6，先将所述多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至3.0kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌20分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液。
步骤1.3、将所述混合溶液在240℃条件下干燥4小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在80MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于150℃条件下干燥36小时；然后以5℃/min的速率升温至1650℃，保温5小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷。
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为37％，体积密度为2.22g/cm3，平均孔径为550nm。
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶5.5，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌10分钟，得到改性溶液。
步骤2.2、按所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶36，先将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至3kPa，再加入所述改性溶液，搅拌30分钟，关闭抽真空系统，自然干燥36小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉。
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将20ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中3.5小时，取出后用去离子水洗涤6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫。
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以92wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、5wt％的刚玉微粉、2wt％的改性煤焦油沥青粉、0.5wt％的单质硅粉和0.5wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合3小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料5.8wt％的铝溶胶、0.15wt％的减水剂、1.3wt％的消泡剂和55wt％的去离子水，搅拌40分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体。
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍15分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护24小时，在120℃条件下干燥24小时；在埋碳条件下，以2℃/min的速率升温至1250℃，保温6.5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体。
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至3.0kPa，静置20分钟，取出后在离心机中以450r/min的转速处理5分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥40小时，再于110℃条件下干燥30小时，在埋碳条件下，以5℃/min升温至1480℃，保温5.5小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同。
所述改性煤焦油沥青粉的C含量为70.6wt％。
所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为60wt％。
所述氯化镁溶液的MgCl2含量为10wt％。
所述催化剂为九水硝酸铁；所述九水硝酸铁中Fe(NO3)3·9H2O含量为98.4wt％。
所述NaOH溶液的浓度为6mol/L。
所述刚玉微粉的Al2O3含量为99.4wt％。
所述单质硅粉的Si含量为98.8wt％。
所述铝溶胶的Al2O3含量为20wt％。
所述消泡剂为聚醚改性硅油。
所述减水剂为聚羧酸盐；所述聚羧酸盐中的侧链分子量为2000。
本实施例制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器经检测：孔隙率为90％；体积密度为0.51g/cm3；耐压强度为2.3MPa；物相组成主要为尖晶石、刚玉、β-SiC和石墨。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本具体实施方式采用具有纳米孔径的改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉为原料，在骨架内部生成了特殊分布的碳化硅晶须，进一步提高了制品的强度、热震稳定性和使用寿命。
本具体实施方式以改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉为原料，相比于致密原料，这种原料具有贯通状纳米孔径的多孔结构，有利于提高制品的强度、热震稳定性和使用寿命。
①改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉表面粗糙，增大了陶瓷浆体与聚氨酯泡沫模板的接触面积，改善了挂浆性能，有利于增大骨架厚度，提高制品强度。
②在现有含碳材料中，氧化物颗粒表面相对光滑，氧化物颗粒与碳之间烧结程度较弱，难以形成颈部连接；相比于现有含碳材料，本制品中采用的改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的粗糙表面增大了改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉之间、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉与改性煤焦油沥青粉之间的接触面积，加快了高温烧结过程中物质传输速率，促进了各微颗粒之间连接颈部的长大，在颗粒之间形成了锯齿状咬合结构，进一步提高了制品的强度。
③在现有碳化硅晶须增强的含碳材料中，碳化硅晶须只能形成在基质粉体的间隙中，与氧化物材料间界面相容性差，限制了基体强度和热震稳定性的进一步提高，而本具体实施方式采用的改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉内部和表面的孔洞为碳化硅晶须的生长提供大量着位点，同时，真空静置后，孔洞中附着着催化剂，在催化剂的作用下，表面孔洞中原位生成碳化硅晶须，与基质中碳化硅晶须相互交织，在改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷粉体之间以及改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉与改性煤焦油沥青粉之间形成碳化硅晶须交织的锁扣界面，弥补了现有碳化硅晶须与氧化物材料界面相容性差的缺点，进一步提高了制品的强度、热震稳定性和使用寿命。
(2)本具体实施方式的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器骨架具有微纳米孔多孔结构，对非金属夹杂物具有更强的吸附能力，能有效地净化钢液。
本具体实施方式的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器骨架为微纳米孔径的多孔结构，与现有钢液过滤器相比，在过滤器骨架孔结构与材料设计方面均有创新。
①本具体实施方式采用改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉为原料，使所得制品的骨架具有微纳米尺寸气孔的多孔孔壁结构，增加了骨架的比表面积，增强了制品对钢液中夹杂物的物理吸附能力。
②本具体实施方式过滤器的骨架表面粗糙，且含有碳，增大了钢液对过滤器骨架的润湿角，提高了制品对钢液中夹杂物的吸附能力。
③在高温服役条件下，氧化铝和碳发生碳热还原反应，Al2O3被还原后主要以Al、AlO和Al2O蒸气的形式存在。Al、AlO和Al2O蒸气通过制品内部微纳米气孔逸散到制品表面，被再次氧化生成高活性的Al2O3层，降低了钢液中总氧含量，同时，高活性Al2O3层沉积在制品表面，也能进一步吸附钢液中夹杂物，增强过滤效果。
④在高温服役过程中，制品内部会产生气体，例如CO、CO2、Al、AlO和Al2O蒸气等，这些气体会通过制品中微纳米气孔逸散到钢液中，形成微米气泡，既降低制品内部压力，防止制品因内部压力过大而爆裂，同时，CO、CO2形成的气泡在上浮的过程中也能捕获小尺寸夹杂，Al、AlO和Al2O蒸气能与钢液中的氧以及其他夹杂物反应形成渣，渣上浮被顶渣吸收，进一步降低钢液中总氧含量和非金属夹杂物，能有效地净化钢液。
本具体实施方式所制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器经检测：孔隙率为80～90％；体积密度为0.5～0.85g/cm3；耐压强度为2.2～4.5MPa；物相组成主要为尖晶石、刚玉、β-SiC和石墨。
因此，本具体实施方式制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器具有微纳米孔多孔骨架和特殊分布的碳化硅晶须，力学性能优良、热震稳定性优异、使用寿命长和能有效净化钢液，适用于高品质特殊钢液的过滤。
Claims (10)
1.一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤1、多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤1.1、将氢氧化铝细粉以2～4℃/min的速率升温至350～500℃，保温1～3小时；再以2～5℃/min的速率升温至850～1250℃，保温2～4小时，冷却，得到多孔氧化铝团聚体细粉；
步骤1.2、按所述多孔氧化铝团聚体细粉∶氯化镁溶液的质量比为1∶(1.8～2.6)，先将所述多孔氧化铝团聚体细粉置于真空搅拌机中，抽真空至2.0～3.0kPa，再加入所述氯化镁溶液，搅拌15～20分钟，关闭抽真空系统，得到混合溶液；
步骤1.3、将所述混合溶液在150～240℃条件下干燥2～4小时，得到混合粉体；将所述混合粉体在80～180MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～150℃条件下干燥12～36小时；然后以3～5℃/min的速率升温至1550～1650℃，保温3～5小时，冷却，得到纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷；
所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷：显气孔率为20～38％，体积密度为2.22～2.90g/cm3，平均孔径为280～550nm；
步骤1.4、将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷破粉碎，筛分，得到粒径小于30μm的纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉；
步骤2、改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉的制备
步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶(1.5～5.5)，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌5～10分钟，得到改性溶液；
步骤2.2、按所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉∶所述改性溶液的质量比为100∶(20～36)，先将所述纳米孔径的多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉置于真空装置中，抽真空至2～3kPa，再加入所述改性溶液，搅拌15～30分钟，关闭抽真空系统，自然干燥24～36小时，得到改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉；
步骤3、预处理聚氨酯泡沫的制备
将8～20ppi的聚氨酯泡沫浸泡在NaOH溶液中1.5～3.5小时，取出后用去离子水洗涤3～6次，晾干，得到预处理聚氨酯泡沫；
步骤4、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体的制备
以80～92wt％的粒径小于30μm的所述改性多孔尖晶石-刚玉陶瓷细粉、5～11wt％的刚玉微粉、2～5wt％的改性煤焦油沥青粉、0.5～1wt％的单质硅粉和0.5～3wt％的羧甲基纤维素钠为原料，将所述原料于混料机中混合1～3小时，得到混合料；将所述混合料置于搅拌机中，加入所述混合料2～6wt％的铝溶胶、0.04～0.15wt％的减水剂、0.3～1.3wt％的消泡剂和20～56wt％的去离子水，搅拌15～40分钟，得到具有触变性的陶瓷浆体；
将所述预处理聚氨酯泡沫浸入所述具有触变性的陶瓷浆体中，浸渍10～15分钟，取出后用对辊机去除多余的具有触变性的陶瓷浆体，在室温条件下养护12～24小时，在80～120℃条件下干燥12～24小时；在埋碳条件下，以0.5～2℃/min的速率升温至1100～1250℃，保温2.5～6.5小时，冷却，得到碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体；
步骤5、碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备
将所述多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器预烧体浸渍于所述具有触变性的陶瓷浆体中，然后置于真空环境中，抽真空至2.0～3.0kPa，静置10～20分钟，取出后在离心机中以200～450r/min的转速处理3～5分钟，得到二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体；将所述二次挂浆多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器坯体自然干燥20～40小时，再于80～110℃条件下干燥10～30小时，在埋碳条件下，以3～5℃/min升温至1350～1480℃，保温2.5～5.5小时，冷却，制得碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器；
步骤4和步骤5所述具有触变性的陶瓷浆体相同；
所述改性煤焦油沥青粉的粒径小于74μm；所述改性煤焦油沥青粉的C含量大于70wt％；
所述减水剂为木质素磺酸钠或为聚羧酸盐；所述木质素磺酸钠中的木质素含量为45～60wt％，所述聚羧酸盐中的侧链分子量为700～2300。
2.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述氢氧化铝细粉的粒径小于88μm；所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为60～66wt％。
3.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述氯化镁溶液的MgCl2含量为10～30wt％。
4.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述催化剂为九水硝酸铁、六水硝酸钴和六水硝酸镍中的一种；
所述九水硝酸铁中Fe(NO3)3·9H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸钴中Co(NO3)2·6H2O含量大于98wt％，所述六水硝酸镍中Ni(NO3)2·6H2O含量大于98wt％。
5.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述NaOH溶液溶剂为去离子水；所述NaOH溶液的浓度为6～8mol/L。
6.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述刚玉微粉的粒径为小于20μm；所述刚玉微粉的Al2O3含量大于99wt％。
7.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述单质硅粉的粒径小于0.045mm；所述单质硅粉的Si含量大于98wt％。
8.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述铝溶胶的Al2O3含量为20～45wt％。
9.根据权利要求1所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法，其特征在于所述消泡剂为二甲基硅油或为聚醚改性硅油。
10.一种碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器，其特征在于所述碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器是根据权利要求1～9项中任一项所述的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器的制备方法所制备的碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110025227.1A CN112675617B (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110025227.1A CN112675617B (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112675617A CN112675617A (zh) | 2021-04-20 |
| CN112675617B true CN112675617B (zh) | 2022-07-22 |
Family
ID=75456791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110025227.1A Active CN112675617B (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112675617B (zh) |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003035577A1 (fr) * | 2001-10-22 | 2003-05-01 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Structure poreuse a base de carbure de silicium, et son procede de production |
| CN1821180A (zh) * | 2005-02-18 | 2006-08-23 | 贵州新材料矿业发展有限公司 | 一种重结晶SiC高温气体过滤元件的制备方法 |
| CN100536985C (zh) * | 2007-08-24 | 2009-09-09 | 晋城市富基新材料有限公司 | 碳化硅质泡沫陶瓷过滤器 |
| CN101224361A (zh) * | 2007-10-25 | 2008-07-23 | 晶锐瓷业（北京）有限公司 | 一种具有高抗渣性高热稳定性的泡沫陶瓷过滤器及制作方法 |
| CN103553686B (zh) * | 2013-11-05 | 2015-04-29 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种镁铝尖晶石质泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 |
| DE102016100810A1 (de) * | 2016-01-19 | 2017-07-20 | Deutsche Edelstahlwerke Gmbh | Feuerfestwerkstoff und dessen Verwendung |
| CN107285787B (zh) * | 2017-07-28 | 2020-08-25 | 武汉科技大学 | 一种轻量化刚玉-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法 |
| CN108516803B (zh) * | 2018-04-08 | 2020-05-01 | 南京航空航天大学 | 一种镁铝尖晶石增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 |
| CN110935237B (zh) * | 2019-11-18 | 2021-09-03 | 武汉科技大学 | 高温烟气过滤用多级孔碳化硅多孔陶瓷及其制备方法 |
| CN110981540B (zh) * | 2019-12-30 | 2022-02-15 | 武汉科技大学 | 含功能涂层多重孔结构的多孔氧化镁基陶瓷过滤器及其制备方法 |
-
2021
- 2021-01-08 CN CN202110025227.1A patent/CN112675617B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112675617A (zh) | 2021-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107285787B (zh) | 一种轻量化刚玉-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法 | |
| CN112811927B (zh) | 一种轻量化刚玉-碳化硅耐火材料及其制备方法 | |
| CN112679226B (zh) | 一种氧化铝-碳化硅-碳多孔陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN107857577B (zh) | 一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法 | |
| CN103553583B (zh) | 一种多孔莫来石-碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104130004B (zh) | 高强度块状多孔氧化铝纳米陶瓷的制备方法 | |
| CN111099881A (zh) | 具有多重孔结构的多孔氧化镁基陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN103232228B (zh) | 一种多孔氧化铝复合陶瓷的制备方法 | |
| CN112759418B (zh) | 氮化硅晶须增强的刚玉多孔陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN107353015B (zh) | 一种碳化硅-氮化硅多孔复合陶瓷制备方法 | |
| CN112745138B (zh) | 一种晶须增强轻量化铝锆碳质耐火材料及其制备方法 | |
| CN112479207A (zh) | 一种活性炭的回收方法、包括该方法回收得到活性炭的双电层电容器及其制备方法 | |
| CN112794728B (zh) | 碳化硅晶须增强多孔方镁石-尖晶石-碳过滤器及其制备方法 | |
| CN112876268B (zh) | 碳化硅晶须增强的多孔氧化镁-碳陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN112745135B (zh) | 一种氧化镁-碳化硅-碳多孔陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN110054497A (zh) | 一种致密的纳米增韧碳化硅复相陶瓷的制备方法 | |
| CN112675617B (zh) | 碳化硅增强的多孔尖晶石-刚玉-碳过滤器及其制备方法 | |
| CN112645731B (zh) | 一种轻量化尖晶石-刚玉-碳耐火材料及其制备方法 | |
| CN108585863B (zh) | 一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法 | |
| CN112876280B (zh) | 一种碳化硅晶须增强的铝碳多孔陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN112811924B (zh) | 氮化硅增强的多孔尖晶石-碳陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN112794730B (zh) | 复合增强的多孔尖晶石-刚玉-碳陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN108484181B (zh) | 一种氧化铝短纤增强氧化镁基泡沫陶瓷过滤器及其制备方法 | |
| CN112661531B (zh) | 氮化硅晶须增强方镁石-尖晶石-碳过滤器及其制备方法 | |
| CN112811917B (zh) | 一种晶须增强轻量化铝碳质耐火材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |