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一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备

作者:admin    来源:金鼎工业资源网       更新时间:2019/7/30 星期二

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(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请


( 21 )申请号 201811624667 .3
( 22)申请日 2018 .12 .28
(71 )申请人 武汉理工大学
地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号
(72)发明人 王浩 刘良兰 赵子健 郭欢欢
(74 )专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限
公司 42102
代理人 王杰
( 51 )Int .Cl .
C04B 35/453( 2006 .01 ) C04B 38/00( 2006 .01 )

 

 

( 54 )发明名称
一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备
方法
( 57 )摘要
本发明涉及材料技术领域,具体涉及一种能 吸收微波并在短时间内迅速发热的微波吸收发 热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括步骤:(1 )粉 体原料配制;( 2 )泥料制备 ;( 3 )泥坯制备 ;( 4 )挤 出成型 ;( 5 )干燥定型 ;( 6 )坯体排胶;( 7 )产品烧 成。本发明方法制得的氧化锌蜂窝陶瓷具体很好 的吸收微波( 频率为300MHz~300GHz的电磁波), 并使得自身快速发热的特性,适用于微波加热高 温分解有机废气的净化装置或设备;本发明的制 备方法生产效率较高 ,对设备要求较低,生产效 率较高,适合规模化工业生产与应用。

权 利 要 求 书 1/1 页

 

1 .一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下 步骤:
(1)粉体原料配制:选择合适的烧结助剂,将烧结助剂在球磨机中研磨30~60min,烧结 助剂与氧化锌粉按重量比1:(15~25)混合均匀,得到粉体原料;
(2)泥料制备:称取占所得粉体原料总重量20~35wt%的水、1~1 .5wt%的分散剂、1~ 2wt%的润滑剂、4~8wt%的塑性剂,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行搅 拌均匀,与所得粉体原料一起混料,得到塑性胶团泥料;
(3)泥坯制备:将步骤(2)得到的塑性泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到与成 型机料筒规格配套的泥坯;
(4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺寸的 氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
(5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯进行干燥,直到坯体中的含水率≤2%, 保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品;
(6)坯体排胶:将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品进行有机物排除; (7)产品烧成:将步骤(6)中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧
成,最终得到所需的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷。 2 .根据权利要求1所述的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤
(1)涉及的氧化锌粉体为具有微波吸收发热特性的四针状氧化锌晶须,粒径为4~6μm。 3 .根据权利要求1所述的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤
(1)涉及的烧结助剂选用硅酸钠或硼砂,或者选用硅酸钠与硼砂的混合物,硅酸钠与硼砂按 重量比1:(0 .5~2)混合均匀。
4 .根据权利要求1所述的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤 (2)中,所述的分散剂为聚丙烯酸钠,所述的润滑剂为甘油,所述的塑性剂为黄湖精、羧甲基 纤维素钠或阿拉伯树胶。
5 .根据权利要求1所述的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤 (5)中氧化锌蜂窝陶瓷素坯的干燥方法为室温阴干或40~60℃加热烘干。
6 .根据权利要求1所述的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤 (6)中对干燥后的坯体进行有机物排除,排胶温度为200~600℃,保温时间为2~4h。
7 .根据权利要求1所述的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,其特征在于,步骤 (7)中烧结时间为6~8h,烧结温度为800~1000℃,保温时间为1~3h。


一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法

技术领域
[0001] 本发明涉及材料技术领域,具体涉及一种能吸收微波并在短时间内迅速发热的微 波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法。

背景技术
[0002] 蜂窝状陶瓷为平行贯通的孔隙结构,具有表面积大、渗透压高、扩散距离短、有利 于气体排放等优点,在工业废气、机动车尾气及其他生活废气的过滤净化、采矿业的有*气 体和液体的净化处理等方面有着极为广泛的应用。
[0003] 在烟气或有机废气的净化领域,直接高温分解和选择性催化分解是目前应用最为 广泛也是最为成熟的方法。高温分解是采用天然气将蜂窝陶瓷蓄热体加热到1000℃左右, 再使烟气通过蜂窝陶瓷发生还原反应或者直接使废气高温分解净化的方法,这种方法存在 能耗高,升温时间长,反应效率较低等问题。催化分解是使气体通过负载有催化剂的蜂窝陶 瓷,使其进行催化反应而达到净化目的的方法,但是这种方法所使用到的催化剂普遍价格 昂贵,工艺成本较高。
[0004]   吸波材料是指能够吸收投射到其表面的电磁波,并通过材料的介质损耗将电磁波 能量转变为热能或其他形式的能量的一类材料。目前在微波设备中应用的吸波发热材料一 般为:碳化硅、Si3N4、莫来石、铁氧体和复合金属粉末等,在长期使用过程中,存在长期工作 稳定性差、微波-热转换效率低等问题。
[0005] 四针状纳米ZnOw属于纳米ZnO中比较独特的一种,它具有独一无二的三维结构和 优良的压电特性,这赋予了四针状纳米ZnO良好的电磁波吸收性质,特别是在微波范围之内 吸波效果和发热特性更为显著[曹佳伟 ,黄运华 ,张跃 ,等 .四针状纳米氧化锌电磁波吸收特 性[J] .物理学报 ,2008 ,57(6):3641-3645 .]。四针状纳米ZnOw不仅作为一种陶瓷吸波材料 具有耐高温、强度高、耐腐蚀性强和化学稳定性好等优点,而且,其热传导系数高,微波-热 转换效率更高,可以更为迅速的完成升温加热。
[0006] 因此本发明提出利用四针状氧化锌优异的吸波发热性能 ,将其制成蜂窝状陶瓷, 应用于烟气或有机废气的高温净化领域。

发明内容
[0007]   本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足,提供一种微波吸收 发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,它利用四针状氧化锌优异的吸波发热性能,将其制成蜂 窝状陶瓷,应用于烟气或有机废气的高温净化领域。
[0008]   本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为:
[0009]   一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
[0010] (1)粉体原料配制:选择合适的烧结助剂,将烧结助剂在球磨机中研磨30~60min, 烧结助剂与氧化锌粉按重量比1:(15~25)混合均匀,得到粉体原料;
[0011]   (2)泥料制备:称取占 所得粉体原料总重量20~35wt%的水、1~1 .5wt%的分散

剂、1~2wt%的润滑剂、4~8wt%的塑性剂,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中 进行搅拌均匀,与所得粉体原料一起混料,得到塑性胶团泥料;
[0012] (3)泥坯制备:将步骤(2)得到的塑性泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到 与成型机料筒规格配套的泥坯;
[0013] (4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺 寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
[0014] (5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯进行干燥,直到坯体中的含水率≤ 2%,保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品;
[0015] (6)坯体排胶:将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品进行有机物排除;
[0016] (7)产品烧成:将步骤(6)中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进 行烧成,最终得到所需的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷。
[0017] 上述方案中,其特征在于,步骤(1)涉及的氧化锌粉体为具有微波吸收发热特性的 四针状氧化锌晶须,粒径为4~6μm。
[0018] 上述方案中,步骤(1)涉及的烧结助剂选用硅酸钠或硼砂,或者选用硅酸钠与硼砂 的混合物,硅酸钠与硼砂按重量比1:(0 .5~2)混合均匀。
[0019] 上述方案中,步骤(2)中,所述的分散剂为聚丙烯酸钠,所述的润滑剂为甘油,所述 的塑性剂为黄湖精、羧甲基纤维素钠或阿拉伯树胶。
[0020] 上述方案中,步骤(5)中氧化锌蜂窝陶瓷素坯的干燥方法为室温阴干或40~60℃ 加热烘干。
[0021] 上述方案中 ,步骤(6)中对干燥后的坯体进行有机物排除 ,排胶温度为200~600
℃,保温时间为2~4h。
[0022] 上述方案中,步骤(7)中烧结时间为6~8h,烧结温度为800~1000℃,保温时间为1
~3h。
[0023] 本发明的有益效果在于:
[0024] 本发明方法利用吸波材料四针状ZnOw制得的氧化锌蜂窝陶瓷具有优异的微波-热 转换特性,能够吸收微波并使得自身迅速发热升温。利用其发热特性及其特殊的蜂窝结构, 可将其应用于烟气的高温脱硝及废气的高温分解领域,它具有以下优点:1)耐高温、耐腐蚀 性强;2)热传导系数高,微波-热转换效率更高,升温速度快,时间短,能耗低;3)化学稳定性 好,使用寿命高。4)应用时可通过控制电磁参数进而控制蜂窝陶瓷的温度,实验温度的精确 控制。另外,本发明的制备四针状氧化锌蜂窝陶瓷的技术方法,生产效率较高,工艺简单,便 于操作控制,适合规模化工业生产与应用。

附图说明
[0025] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0026] 图1为原料四针状ZnOw的扫描电镜图像;
[0027] 图2为微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的升温特性曲线,其中T0代表刚制得的蜂窝 陶瓷的升温特性曲线,T1代表使用6个月后的蜂窝陶瓷的升温特性曲线。

具体实施方式
[0028] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明 本发明的具体实施方式。
[0029] 实施例1
[0030] 一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
[0031] (1)粉体原料配制:选取硅酸钠作为烧结助剂,研磨充分,与四针状ZnOw粉按1:25 的比例混合均匀,得到粉体原料;
[0032] (2)泥料制备:称取占 所得粉体原料总重量35wt%的水、1 .5wt%的聚丙烯酸钠、 2wt%的甘油、4wt%的羧甲基纤维素钠,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行 搅拌均匀,与所得粉体原料一起加入到混料机中进行混料,形成塑性胶团泥料后即完成泥 料制备;
[0033] (3)泥坯制备:将步骤(2)得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到与成 型机料筒规格配套的泥坯;
[0034] (4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺 寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
[0035] (5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯置于40℃烘箱中进行干燥,直到坯 体中的含水率≤2% ,保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成 品;
[0036] (6)坯体排胶:将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品放入炉中,以1℃/min的速度缓 慢升温到200℃,保温4h,进行有机物排除;
[0037] (7)产品烧成:继续以2℃/min的速度升温至800℃,保温3h,进行烧成,最终得到所 需的吸波发热氧化锌蜂窝陶瓷。
[0038] 实施例2
[0039] 一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
[0040] (1)粉体原料配制:选择硅酸钠作为烧结助剂,研磨充分,与四针状ZnOw粉按1:25 的比例混合均匀,得到粉体原料;
[0041] (2) 泥料制备 :称取占 所得粉体原料总重量25wt%的水、1wt%的聚丙烯酸钠、 1 .5wt%的甘油、6wt%的阿拉伯树胶,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行搅 拌均匀,与步骤(1)得到的粉体原料一起加入到混料机中进行混料,形成塑性胶团泥料后即 完成泥料制备;
[0042] (3)泥坯制备:将步骤(2)得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到与成 型机料筒规格配套的泥坯;
[0043] (4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺 寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
[0044] (5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯置于40℃烘箱中进行干燥,直到坯 体中的含水率≤2% ,保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成 品;
[0045] (6)坯体排胶:将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品放入炉中,以1℃/min的速度缓 慢升温到300℃,保温3h,进行有机物排除;

[0046] (7)产品烧成:继续以2℃/min的速度升温至900℃,保温2h,进行烧成,最终得到所 需的吸波发热氧化锌蜂窝陶瓷。
[0047] 实施例3
[0048] 一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
[0049] (1)粉体原料配制:选择硅酸钠作为烧结助剂,研磨充分,与四针状ZnOw粉按1:15 的比例混合均匀,得到粉体原料;
[0050] (2) 泥料制备 :称取占 所得粉体原料总重量25wt%的水、2wt%的聚丙烯酸钠、 2wt%的甘油、8wt%的黄湖精,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行搅拌均 匀,与步骤(1)得到的粉体原料一起加入到混料机中进行混料,形成塑性胶团泥料后即完成 泥料制备;
[0051] (3)泥坯制备:将步骤(2)得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到与成 型机料筒规格配套的泥坯;
[0052] (4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺 寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
[0053] (5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯置于40℃烘箱中进行干燥,直到坯 体中的含水率≤2% ,保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成 品;
[0054] (6)坯体排胶:将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品放入炉中以1℃/min的速度缓 慢升温到400℃,保温3h,进行有机物排除;
[0055] (7)产品烧成:继续以2℃/min的速度升温至1000℃,保温1h,进行烧成,最终得到 所需的吸波发热氧化锌蜂窝陶瓷。
[0056] 实施例4
[0057] 一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
[0058] (1)粉体原料配制:选择硼砂作为烧结助剂,研磨充分,与四针状ZnOw粉按1:15的 比例混合均匀,得到粉体原料;
[0059] (2)泥料制备:称取占 所得粉体原料总重量35wt%的水、1 .5wt%的聚丙烯酸钠、 1wt%的甘油、4wt%的羧甲基纤维素钠,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行 搅拌均匀,与步骤(1)得到的粉体原料一起加入到混料机中进行混料,形成塑性胶团泥料后 即完成泥料制备;
[0060] (3)泥坯制备:将步骤(2)得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到与成 型机料筒规格配套的泥坯;
[0061] (4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺 寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
[0062] (5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯置于40℃烘箱中进行干燥,直到坯 体中的含水率≤2% ,保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成 品;
[0063] (6)坯体排胶:将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品放入炉中,以1℃/min的速度缓 慢升温到500℃,保温2h,进行有机物排除;
[0064] (7)产品烧成:继续以2℃/min的速度升温至1000℃,保温1 .5h,进行烧成,最终得

到所需的吸波发热氧化锌蜂窝陶瓷。
[0065] 实施例5
[0066] 一种微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
[0067] (1)粉体原料配制:选择硅酸钠和硼砂1:1的混合物作为复合烧结助剂,研磨充分, 与四针状ZnOw粉按1:20的比例混合均匀,得到粉体原料;
[0068] (2)泥料制备:称取占 所得粉体原料总重量30wt%的水、1 .5wt%的聚丙烯酸钠、 2wt%的甘油、6wt%的羧甲基纤维素钠,将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行 搅拌均匀,与步骤(1)得到的粉体原料一起加入到混料机中进行混料,形成塑性胶团泥料后 即完成泥料制备;
[0069] (3)泥坯制备:将步骤(2)得到的泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥,得到与成 型机料筒规格配套的泥坯;
[0070] (4)挤出成型:将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中,通过模具挤制出所需尺 寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯;
[0071] (5)干燥定型:将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯置于40℃烘箱中进行干燥,直到坯 体中的含水率≤2% ,保持蜂窝孔道的平行结构,坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成 品;

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