По сравнению с другими оксидными керамическими мембранами (оксид алюминия, оксид титана, диоксид циркония и т. д.), мембранная трубка из карбида кремния обладает более высокой гидрофильностью, проницаемостью, устойчивостью к загрязнению и химической стабильностью. Температура спекания керамической мембраны SIC тесно связана с технологией спекания, а общая технология спекания включает технологию рекристаллизации, технологию конверсии керамического предшественника и технологию реакционного спекания на месте.
Технология рекристаллизационного спекания
Технология рекристаллизационного спекания подразумевает реализацию объединения частиц SIC по механизму испарительно-конденсационной миграции газовой фазы при высокотемпературном спекании. Этот процесс не требует слишком большого количества химических реакций, размер пор сильно зависит от размера порошка исходного материала, полученная структура пор мембраны из карбида кремния однородна, а коэффициент зигзага низкий. Поскольку карбид кремния обладает хорошей стабильностью при высоких температурах, высоком давлении и широком диапазоне pH, для снижения температуры спекания во время рекристаллизации обычно используются спекающие добавки и двухпиковое распределение порошка карбида кремния. Мембранная трубка из карбида кремния, изготовленная по технологии рекристаллизационного спекания, обладает высокой химической стабильностью, но ее температура спекания высока (> 1800 ℃), потребление энергии велико, а во время процесса спекания требуется защита инертной атмосферы, а оборудование чрезвычайно строгий. Кроме того, для удаления возможного остаточного углерода в поре после завершения спекания окисление поверхности необходимо проводить в воздушной атмосфере при температуре ниже 800°С, что усложняет процесс подготовки.
Схема высокотемпературной рекристаллизации SiC
Технология преобразования керамических прекурсоров
Технология преобразования керамического предшественника относится к крекингу кремнийсодержащего органического полимера (например, силиконовой смолы, поликарбосилана и т. д.) в инертной атмосфере и определенном диапазоне температур (1100-1600 ℃) с образованием связующей фазы между агрегатами карбида кремния. , чтобы подготовить переменный ток и определенную механическую прочность керамической мембраны из карбида кремния. Технология преобразования керамического предшественника имеет низкие требования к температуре спекания, что способствует снижению энергопотребления. Однако его сырьем является высокомолекулярный полимер, а процесс спекания требует анаэробной атмосферы, недостатки которой заключаются в высокой стоимости и сложности процесса, что не способствует промышленному производству. В целях дальнейшего развития и оптимизации потенциала применения технологии преобразования керамических прекурсоров для производства мембран необходимо сосредоточиться на снижении затрат и регулировании микроструктуры (размер пор, пористость и толщина мембраны).
Получение керамической мембраны из карбида кремния по технологии конверсии керамического прекурсора
Технология реакционного спекания in situ
Технология реакционного спекания in situ предполагает добавление спекающих добавок к частицам агрегатов карбида кремния в воздушной атмосфере, так что температура спекания керамической мембраны из чистого карбида кремния намного ниже (1350-1550 ℃) для образования оксида кремния. а затем реакция на месте со спекающим агентом с образованием горловины. Обычными спекающими добавками являются в основном оксиды металлов, таких как оксид алюминия, оксид иттрия и цирконий. В процессе реакции связующей фазой шейкового соединения между частицами становятся муллит, кордиерит и другие многокомпонентные оксиды. Добавление этих спекающих добавок способствует изменению границ зерен и поверхностной энергии агрегата SIC, тем самым ускоряя скорость диффузии массы в процессе спекания и снижая стоимость спекания. Технология реактивного спекания in situ может эффективно снизить температуру спекания SIC, но процесс подготовки мембраны все равно необходимо сократить.
Принципиальная схема процесса спекания пористой карбидокремниевой керамики на муллитовой связке, полученной методом реактивного спекания in situ
Чтобы еще больше улучшить потенциал промышленного применения мембранных трубок из карбида кремния, их можно рассматривать с точки зрения снижения стоимости и повышения производительности. Например, чтобы снизить стоимость, можно найти недорогие предшественники полимеров для изготовления газоразделительных мембран из карбида кремния с малым размером пор; Он также может оптимизировать комбинацию спекающих добавок, снизить температуру спекания и еще больше расширить диапазон применения технологии совместного спекания.
В связи с глобальной заботой об охране окружающей среды потребность в высокопроизводительных технологиях фильтрации и разделения становится все более актуальной, что открывает ценные возможности для разработки и применения мембранных трубок из карбида кремния. В будущем по-прежнему потребуется много ресурсов для решения проблем технологии производства и подготовки незрелых керамических мембран, чтобы технология разделения керамических мембран из карбида кремния могла получить более практическое применение.
