[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310304337.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103331105A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴峰澤;溫德平;于璐;張永康
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D71/02
• 分類(lèi)號(hào): B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及金屬多孔膜的制備技術(shù)。

背景技術(shù)

膜分離技術(shù)以其低溫?zé)o相變操作、低能耗高效率以及物料活性成分損失少等優(yōu)越性能受到各國(guó)政府和諸多行業(yè)的極大關(guān)注，已成為當(dāng)代發(fā)展最成功、前景最廣闊的高新技術(shù)之一。實(shí)踐證明,?膜材料與膜分離技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。膜材料的新發(fā)展促進(jìn)了膜分離技術(shù)的提高，而膜分離技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大又向膜材料提出了新的要求。常用的分離膜主要有有機(jī)膜和陶瓷膜。金屬多孔膜與有機(jī)膜和陶瓷膜相比有四大優(yōu)點(diǎn)：1.機(jī)械強(qiáng)度高，可在較高壓力下使用，耐壓高達(dá)7MPa。因而可以用增大壓差的方法來(lái)提高滲透率，增大膜的分離能力。2.具有良好的熱傳導(dǎo)性能。由于膜材質(zhì)采用的是金屬材質(zhì),?有較好散熱能力，減小了膜組件的熱應(yīng)力，從而提高了膜的使用壽命。3.密封性能好。多孔金屬膜是金屬材質(zhì)，具有良好的焊接性能，使膜組件易于連接。4.具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。在過(guò)濾過(guò)程中，多孔金屬膜吸附量大、支撐性好、過(guò)濾面積大、可在線清洗、不影響生產(chǎn)。

目前，金屬多孔膜的制備方法主要有懸浮粒子燒結(jié)法、化學(xué)氣相沉積法、徑跡蝕刻法、溶膠一凝膠法和陽(yáng)極氧化法。這些方法都普遍存在著工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，而且只能制備有限品種的金屬多孔膜，比如不銹鋼多孔膜，上述方法就無(wú)法勝任。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法及裝置，以獲得任意金屬材質(zhì)的金屬多孔膜，且簡(jiǎn)化工藝。

為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明利用約束狀態(tài)下激光與材料作用產(chǎn)生的沖擊波驅(qū)動(dòng)微顆粒，使硬質(zhì)微顆粒穿透金屬薄膜，獲得金屬多孔膜，具體技術(shù)方案如下：

一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，利用高能脈沖激光(6)透過(guò)約束層(5)，跟吸收層(4)相互作用，產(chǎn)生等離子爆炸；

步驟二，利用約束層(5)約束等離子體爆炸，延長(zhǎng)等離子體爆炸的時(shí)間和提高等離子體爆炸產(chǎn)生的峰值壓力；

步驟三，利用等離子體爆炸產(chǎn)生的極高峰值壓力形成沖擊波；

步驟四，使所述沖擊波透過(guò)吸收層(4)，驅(qū)動(dòng)放置在吸收層(4)背面的硬質(zhì)微顆粒(3)；

步驟五，利用在真空環(huán)境下，使硬質(zhì)微顆粒(3)以極高的速度穿透金屬薄膜(1)，最終形成金屬多孔膜。

所述的高能脈沖激光(6)的脈寬為10~30ns，脈沖能量為1~100J的脈沖激光。

所述的硬質(zhì)微顆粒(3)其粒徑可以為微米量級(jí)，也可以是亞微米或納米量級(jí)。

所述的金屬薄膜(1)的材質(zhì)可以為不銹鋼、鈦或者鎳中的任一種；所述金屬薄膜(1)的厚度為1~100μm。

實(shí)施如權(quán)利要求所述的一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法的裝置，其特征在于：從上到下依次包括金屬薄膜(1)、真空腔(2)、硬質(zhì)微顆粒(3)、吸收層(4)、約束層(5)和高能脈沖激光(6)；吸收層(4)的下面覆蓋一層透明約束層(5)，吸收層(4)的上面覆蓋一層硬質(zhì)微顆粒(3)；吸收層(4)和金屬薄膜(1)之間為真空腔(2)；金屬薄膜(1)與吸收層(4)之間的距離大于2mm。

本發(fā)明的工作原理為：高能脈沖激光透過(guò)約束層，跟吸收層相互作用，產(chǎn)生等離子爆炸，約束層可以約束等離子體爆炸，延長(zhǎng)等離子體爆炸的時(shí)間和提高等離子體爆炸產(chǎn)生的峰值壓力，由于等離子體爆炸產(chǎn)生的峰值壓力極高，可達(dá)數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)GPa，形成沖擊波，該沖擊波透過(guò)吸收層，驅(qū)動(dòng)放置在吸收層背面的硬質(zhì)微顆粒，在真空環(huán)境下，硬質(zhì)顆粒以極高的速度穿透金屬薄膜，形成金屬多孔膜。

本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明利用強(qiáng)沖擊波的力學(xué)效應(yīng)，可以制備任何材質(zhì)的金屬多孔膜；制備出的金屬多孔膜強(qiáng)度高，韌性好；通過(guò)采用不同粒徑的硬質(zhì)微顆粒，可以獲得不同孔徑的金屬多孔膜；通過(guò)采用真空腔，避免了微顆粒受到空氣阻力導(dǎo)致的減速，同時(shí)也避免了沖擊波通過(guò)空氣傳播至金屬薄膜而導(dǎo)致金屬薄膜的破裂。

附圖說(shuō)明

圖1是基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法示意圖。

圖中：1金屬薄膜??2真空腔??3硬質(zhì)微顆粒??4吸收層??5約束層??6高能脈沖激光。

具體實(shí)施方式

為更好的闡述本發(fā)明的實(shí)施細(xì)節(jié)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬多孔膜制備方法，其涉及的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括金屬薄膜1、真空腔2、硬質(zhì)微顆粒3、吸收層4、約束層5和高能脈沖激光6。

實(shí)施實(shí)例一：