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试谈碳化硅高温过滤用碳化硅多孔陶瓷结构设计和性能

收藏本文 2024-03-16 点赞:30417 浏览:135391 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:高温过滤除尘系统是低碳环保的洁净煤电站的关键子系统,直接影响着电站的稳定运转和发电效率。非对称过滤结构的多孔陶瓷管是该除尘系统的核心除尘部件,它由起承载过滤膜作用的支撑体和起除尘作用的过滤膜两部分组成。多孔陶瓷管的强度和孔隙结构直接决定着除尘系统的利用寿命、过滤效率和过滤精度。目前这种多孔陶瓷管有着的主要不足是强度低和渗透率低。本论文以制备高强度和高渗透率的碳化硅多孔陶瓷支撑体和低过滤压降的过滤膜为探讨目标。系统探讨了陶瓷粘结剂含量、坯体成型压力、碳化硅颗粒粒径、烧结温度和造孔剂类型对支撑体微观结构的影响,深入浅析了气孔率、气孔孔径、气孔形状和曲折度等微观结构参数与抗弯强度和渗透率的联系,找出了可同时提升支撑体抗弯强度和渗透率的制备工艺。探讨发现制备工艺为碳化硅粉料平均粒径239μm,陶瓷粘结剂含量20wt%,石墨和大粒径活性炭构成的造孔剂10wt%,坯体成型压力6MPa,烧结温度1300℃时,就可以制备出抗弯强度为28.19MPa,气孔率为38.7%,达西渗透率为1.99×10~(-11)m~2,非达西渗透率为1.16×10~(-7)m的碳化硅多孔陶瓷支撑体。为了提升支撑体的结构均匀性和孔隙连通度,主要进行了三方面工作:一是对碳化硅粉料进行球磨整形,以而有效提升其在支撑体坯体成型历程中的流动性;二是提出了基于三元相图的陶瓷粘结剂的设计策略,设计了熔点和烧结后物相可控的K2O-SiO2-Al2O3系统的陶瓷粘结剂,使陶瓷粘结剂烧结后形成的物相与碳化硅的物性匹配;三是设计了能够使陶瓷粘结剂均匀分布在碳化硅颗粒表面和颗粒间粘接处的逐层包覆法混料工艺,即先让陶瓷粘结剂细粉料包覆在碳化硅颗粒表面,然后再让片状石墨造孔剂包覆在陶瓷粘结剂外面,这样的碳化硅复合粉料在成型和烧结后,陶瓷粘结剂不会堵塞气孔,以而提升了支撑体的渗透率。过滤膜的结构均匀性和表面完整性是实现其过滤除尘功能的必要条件。本论文设计了含有陶瓷纤维过渡层的过滤膜。陶瓷纤维过渡层由莫来石纤维和硅酸铝纤维组成。在支撑体上涂覆一层陶瓷纤维过渡层后,在保证过滤膜表面均匀完整的条件下,在陶瓷纤维过渡层上涂覆过滤膜时,可以制备出厚度更薄、结构更均匀的过滤膜,使得过滤膜的膜厚可控性得到极大提升。此外,过滤膜的过滤压降也得到了显著降低,这有利于提升过滤膜的利用寿命。关键词:碳化硅论文多孔陶瓷论文抗弯强度论文渗透率论文高温过滤论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    第1章 绪论10-27

    1.1 高温气体过滤除尘的探讨背景和作用10-16

    1.1.1 高温气体过滤除尘的探讨背景10-13

    1.1.2 高温气体过滤除尘的作用和工艺13-16

    1.2 高温气体过滤除尘用多孔材料的进展与近况16-25

    1.2.1 高温气体过滤除尘用多孔材料的种类与结构16-21

    1.2.2 碳化硅多孔陶瓷在高温气体过滤除尘中的运用与进展21-25

    1.3 多孔陶瓷的结构参数对其性能的影响25-27

    1.3.1 多孔陶瓷的结构参数对其强度的影响25-26

    1.3.2 多孔陶瓷的结构参数对其渗透率的影响26-27

    第2章 探讨内容和实验策略27-32

    2.1 论文选题思路27-28

    2.2 探讨内容和革新点28-30

    2.3 实验原料和仪器设备30-32

    2.3.1 实验原料30

    2.3.2 主要仪器设备30-32

    第3章 支撑体用碳化硅多孔陶瓷的设计和制备32-65

    3.1 引言32-33

    3.2 碳化硅颗粒的球磨整形33-46

    3.2.1 实验策略及历程33-34

    3.2.2 碳化硅颗粒粒径随球磨时间的变化及其流动性表征34-43

    3.2.2.1 碳化硅颗粒粒径随球磨时间的变化34-37

    3.2.2.2 碳化硅颗粒流动性随球磨时间的变化37-43

    3.2.3 碳化硅颗粒球磨整形对碳化硅多孔陶瓷结构均匀性的影响43-46

    3.3 高孔隙连通度多孔陶瓷支撑体的设计与制备46-63

    3.3.1 高孔隙连通度多孔陶瓷的结构与工艺的设计46-50

    3.3.1.1 高孔隙连通度多孔陶瓷的结构设计46-47

    3.3.1.2 高孔隙连通度多孔陶瓷制备工艺的设计47-50

    3.3.2 陶瓷粘结剂的设计原则与性能探讨50-63

    3.3.2.1 陶瓷粘结剂的选择原则50-51

    3.3.2.2 烧结后以玻璃相为主体的陶瓷粘结剂51-52

    3.3.2.3 烧结后以莫来石相为主体的陶瓷粘结剂52-63

    3.4 本章小结63-65

    第4章 碳化硅多孔陶瓷支撑体抗弯强度的影响因素65-105

    4.1 引言65

    4.2 陶瓷强度与微观结构参数联系的相关论述65-68

    4.2.1 陶瓷强度与晶粒尺寸的联系65-67

    4.2.2 陶瓷强度与气孔率的联系67-68

    4.3 实验策略和历程68-70

    4.4 影响碳化硅多孔陶瓷支撑体抗弯强度的因素70-91

    4.4.1 陶瓷粘结剂对抗弯强度的影响70-76

    4.4.2 坯体成型压力对抗弯强度的影响76-81

    4.4.3 碳化硅颗粒粒径对抗弯强度的影响81-83

    4.4.4 烧结温度对抗弯强度的影响83-85

    4.4.5 造孔剂对抗弯强度的影响85-91

    4.5 碳化硅多孔陶瓷支撑体抗弯强度与其微观结构的联系91-103

    4.5.1 碳化硅多孔陶瓷支撑体高温烧结后的物相组成91-93

    4.5.2 碳化硅多孔陶瓷支撑体抗弯强度与其结构参数的联系93-103

    4.5.2.1 碳化硅多孔陶瓷抗弯断裂面上断裂点的类型和形成机制.8493-96

    4.5.2.2 气孔率作为抗弯强度主导因素96-99

    4.5.2.3 颗粒粒径和气孔率共同作为抗弯强度主导因素99-101

    4.5.2.4 断裂点类型作为抗弯强度重要影响因素101-103

    4.6 本章小结103-105

    第5章 碳化硅多孔陶瓷支撑体过滤性能的影响因素105-129

    5.1 引言105

    5.2 多孔陶瓷渗透率与其微观结构参数联系的相关论述105-108

    5.3 实验策略和历程108-109

    5.4 影响碳化硅多孔陶瓷支撑体过滤性能的因素109-118

    5.4.1 陶瓷粘结剂含量对过滤压降的影响109-111

    5.4.2 坯体成型压力对过滤压降的影响111-113

    5.4.3 碳化硅颗粒粒径对过滤压降的影响113-114

    5.4.4 烧结温度对过滤压降的影响114-117

    5.4.5 造孔剂类型对过滤压降的影响117-118

    5.5 碳化硅多孔陶瓷渗透率与其微观结构的联系118-127

    5.6 本章小结127-129

    第6章 含陶瓷纤维过渡层的过滤膜的设计与制备129-141

    6.1 引言129-130

    6.2 实验策略和历程130-131

    6.3 过滤膜结构设计131-135

    6.4 陶瓷纤维过渡层对成膜和过滤压降的影响135-138

    6.4.1 陶瓷纤维过渡层对成膜的影响135-136

    6.4.2 陶瓷纤维过渡层对过滤膜过滤压降的影响136-138

    6.5 陶瓷颗粒过滤膜粉料粒径对过滤压降的影响138-140

    6.6 本章小结140-141

    第7章 结论141-143

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