一種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法。該方法利用凝膠注模技術利于成型復雜材料的優(yōu)點，將其應用到通孔型供氣元件的制備。該方法為：先配制好所需高固相含量的氧化鋁凝膠漿料，使用玻璃點樣毛細管預制氣孔通道，從而準備好所需的直孔型模具，然后在漿料加入催化劑和引發(fā)劑之后，將其注入模具中成型，接著進行干燥，脫脂，燒結(jié)。本發(fā)明制備工藝簡單，操作方便，成本低廉，在素坯階段由于具有較高強度，就可以進行機加工，制備的供氣元件通氣流暢，在冶金領域有著較大的應用前景。
【專利說明】
一種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷材料制備以及冶金領域，具體涉及一種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法。
【背景技術】
[0002]供氣元件是冶金工業(yè)鋼包吹煉重要的組成部分。最早期使用的是單管式噴嘴型供氣元件，適用于非氧化氣體Ar，N2等，但使用時，氣體流量調(diào)節(jié)范圍小，不能滿足工藝要求。后來，西歐出現(xiàn)了透氣磚型供氣元件，磚內(nèi)由無數(shù)呈蜂窩狀分布的微孔組成，但是具有氣孔率高，磚的致密性差，壽命低，氣流通過的阻力大等缺點。直孔型透氣磚內(nèi)分布很多貫通的直孔道，氣流由直孔道進入爐內(nèi)，阻力小，避免了鋼板包殼磚容易漏氣和氣流分布不均勻的缺點，另外，這種磚致密度比彌散型好。
[0003]凝膠注模成型技術是美國橡樹嶺國家重點實驗室提出的一種近凈尺寸成型技術，能夠制備復雜的形狀，它是將傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝和聚合物化學結(jié)合起來的原位成型技術。凝膠注模技術的基本原理是向陶瓷懸浮體中加入有機單體、交聯(lián)劑，利用催化劑和引發(fā)劑的作用使單體聚合與交聯(lián)，構(gòu)成三維網(wǎng)絡，使陶瓷懸浮體原位凝固，從而形成陶瓷坯體。相對于其它液態(tài)成型方法，凝膠注模技術具有以下優(yōu)點:具有可成形各種復雜形狀和尺寸的零件;成形坯體組分均勻、密度均勻、缺陷少;凝固定型時間較短且可控;對模具無特殊要求;坯體強度較高，并可對其進行機加工;燒結(jié)體可保持成形時的形狀和尺寸比例等。對于制備這種直孔型供氣原件，優(yōu)先需要解決的是預制氣孔通道的材料的選擇。玻璃點樣毛細管是一種由玻璃材料制備的細管，具有較高的機械強度，不易折斷，用它來預制氣孔通道，在凝膠注模原位成型過程中，能夠很好的抵抗住漿料的壓力不被破環(huán)，從而保持預先設計的直通型氣孔通道，在成型樣品燒結(jié)過程中，此玻璃材料會發(fā)生熔化而脫除，從而留下直通的氣孔通道，不會對供氣元件產(chǎn)生破壞，完全能夠滿足制備需要。另外，玻璃毛細管具有不同的尺寸規(guī)格，能夠滿足不同尺寸氣孔通道的制備要求，而且其制備成本低廉。
[0004]本發(fā)明提出一種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法，該制備方法簡單，在素坯階段就可以進行機加工，制備的供氣元件供氣比較均勻、穩(wěn)定和使用壽命長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明的目的在于開發(fā)一種新的制備直孔型供氣元件的方法，實現(xiàn)其制備過程的簡單化和可行性。
[0006]—種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法，其特征包括以下步驟:
A.漿料的制備:首先將有機單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比為1:0.05?0.1: 10?20的比例配置成預混液，加入0.lwt%分散劑(占氧化鋁的質(zhì)量百分比)，再按照55?65vol%的體積分數(shù)往預混液中添加氧化鋁粉末，球磨24小時之后形成漿料。
[0007]B.模具的準備:模具材料使用PVC塑料管，首先將塑料圓管分割成兩部分，兩部分之間用石錯粘結(jié)住，在低板上用石錯饒注成5?I Omm的厚度，在石錯上固定直徑為0.5?2mm的玻璃點樣毛細管，將PVC塑料管放置在布置好毛細管的石蠟上，塑料管與底座接觸處也用石蠟密封。
[0008]C.成型:在配制好的漿料中先加入適量催化劑，接著加入引發(fā)劑，攪拌均勻后，注入模具當中，在10分鐘左右就會發(fā)生反應固化，從而得到素坯。
[0009]D.干燥和脫模:在室溫干燥大約12小時之后，待素坯有一定的強度，脫除外部的PVC塑料管，接著在40°C的恒溫下干燥12個小時，再升高溫度到120°C下干燥12小時，脫除里面的水分。
[0010]E.燒結(jié):首先升溫到600°C保溫2小時，脫除里面的有機物高分子，接著升溫到1400°01600°C保溫2小時，隨爐冷卻，即可獲得直通型供氣元件。
[0011]本發(fā)明采用凝膠注模技術結(jié)合預制氣孔通道的方法制備直孔型供氣元件，使其制造工藝簡單化，成本降低，在素坯階段具有較強的強度，就可以進行機加工，而且可以根據(jù)對氣流分布的不同要求，來制備不同類型的直通型供氣元件。燒結(jié)后的孔道通氣流暢，阻力非常小。同時這種制造工藝簡單，操作方便，成本低廉，具有十分廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為凝膠注模技術的工藝流程圖。
[0013]圖2為布置好毛細管的PVC塑料模具示意圖(主視圖)。
[0014]圖3為布置好毛細管的PVC塑料模具示意圖(俯視圖)。
[0015]圖4為按照實施例一制備的通氣元件實物圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明:
實施例1
將有機單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比20:1:200的比例進行混合，利用磁力攪拌器進行攪拌，使有機單體和交聯(lián)劑完全溶解，接著添加0.1被％的分散劑檸檬酸按(占氧化鋁的質(zhì)量百分比)。繼續(xù)攪拌5分鐘左右，即制得所需要的預混液。按照固相體積分數(shù)60vol%的比例計算、稱量所需的氧化鋁粉末;首先將預混液緩慢的注入球磨罐中，再將氧化鋁粉末在不斷攪拌的情況下加入預混液中；再按照球、料質(zhì)量比為2:1的比例稱量研磨球，將其緩慢加入球磨罐中，在滾筒式球磨機上進行球磨24小時，獲得所需的漿料；首先將100°C下熔融的石蠟在低板上澆注出5mm的厚度，將直徑為0.6mm、長度為200mm的毛細管均勾的插制在還沒完全固化的石錯板上，將直徑為100mm、長度為200mm的PVC塑料管分為兩部分，再用石蠟將兩部分粘合在一起，將其放置在插有毛細管的石蠟板上，底部用石蠟完全密封住;將制備的氧化鋁漿料，在不斷攪拌的條件下先加入0.8vol%的催化劑(占水體積的0.8%)，再加入lvol%的引發(fā)劑(占水體積的1.0%)，攪拌均勻后，將漿料緩慢的倒入模具中，經(jīng)過10分鐘左右，漿料發(fā)生固化，形成素坯;將制得的素坯在室溫下干燥12小時，待素坯有一定強度，脫除外部的塑料管，將素坯放置在40 °C下恒溫干燥箱中干燥12小時，接著升溫到120°C下干燥12小時，將干燥后的素坯放置在耐火磚上，傾斜45度，按照2°C/min的升溫速率加熱到600°C保溫2小時，脫除里面的有機物，接著按照2°C/min的升溫速率再升溫到1600°C，保溫2小時，隨爐冷卻。毛細管在高溫階段熔化后會流出通道，即制得具有直通型氣孔通道的陶瓷元件。
[0017] 實施例2
將有機單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比20:1:200的比例進行混合，利用磁力攪拌器進行攪拌，使有機單體和交聯(lián)劑完全溶解，接著添加0.1被％的分散劑檸檬酸按(占氧化鋁的質(zhì)量百分比)。繼續(xù)攪拌5分鐘左右，即制得所需要的預混液。按照固相體積分數(shù)55vol%的比例計算、稱量所需的氧化鋁粉末;首先將預混液緩慢的注入球磨罐中，再將氧化鋁粉末在不斷攪拌的情況下加入預混液中；再按照球、料質(zhì)量比為2:1的比例稱量研磨球，將其緩慢加入球磨罐中，在滾筒式球磨機上進行球磨24小時，獲得所需的漿料；首先將100°C下熔融的石蠟在低板上澆注出5mm的厚度，將直徑為0.6mm、長度為200mm的毛細管均勾的插制在還沒完全固化的石錯板上，將直徑為100mm、長度為200mm的PVC塑料管分為兩部分，再用石蠟將兩部分粘合在一起，將其放置在插有毛細管的石蠟板上，底部用石蠟完全密封住;將制備的氧化鋁漿料，在不斷攪拌的條件下先加入0.8vol%的催化劑(占水體積的0.8%)，再加入lvol%的引發(fā)劑(占水體積的1.0%)，攪拌均勻后，將漿料緩慢的倒入模具中，經(jīng)過10分鐘左右，漿料發(fā)生固化，形成素坯;將制得的素坯在室溫下干燥12小時，待素坯有一定強度，脫除外部的塑料管，將素坯放置在40 °C下恒溫干燥箱中干燥12小時，接著升溫到120°C下干燥12小時，將干燥后的素坯放置在耐火磚上，傾斜45度，按照2°C/min的升溫速率加熱到600°C保溫2小時，脫除里面的有機物，接著按照2°C/min的升溫速率再升溫到1550°C，保溫2小時，隨爐冷卻。毛細管在高溫階段熔化后會流出通道，即制得具有直通型氣孔通道的陶瓷元件。
【主權項】
1.一種凝膠注模成型技術制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: A.漿料的制備:首先將有機單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比為I: 0.05-0.1: 10?20的比例配置成預混液，加入占氧化鋁的質(zhì)量百分比為0.05?.0.5wt%分散劑，再按照55?65vol%的體積分數(shù)往預混液中添加氧化鋁粉末，球磨24小時之后形成楽料； B.模具的準備:模具材料使用PVC塑料管，首先將塑料圓管分割成兩部分，兩部分之間用石錯粘結(jié)住，在低板上用石錯饒注成5?1mm的厚度，在石錯上固定直徑為0.5?2mm的玻璃點樣毛細管，將PVC塑料管放置在布置好毛細管的石蠟上，塑料管與底座接觸處也用石蠟密封； C.成型:在配制好的漿料中先加入適量催化劑，接著加入引發(fā)劑，攪拌均勻后，注入模具當中，在10分鐘就會發(fā)生反應固化，從而得到素坯； D.干燥和脫模:在室溫干燥大12小時之后，待素坯有一定的強度，脫除外部的PVC塑料管，接著在40°C的恒溫下干燥12個小時，再升高溫度到120°C下干燥12小時，脫除里面的水分； E.燒結(jié):首先升溫到600°C保溫2小時，脫除里面的有機物高分子，接著升溫到1400°0.1600°C保溫2小時，隨爐冷卻，即可獲得直通型供氣元件。
【文檔編號】B28B1/26GK105884339SQ201610230527
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】余建波, 謝信亮, 楊治剛, 郭西良, 鄧康, 任忠鳴
【申請人】上海大學