[發(fā)明專利]基于真空蒸鍍的硅藻土基減阻防垢抑藻型功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410282289.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN104086154B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B30/00
• 分類號(hào): C04B30/00;C04B41/69
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于真空蒸鍍的硅藻土基減阻防垢抑藻型功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法，更特別地說，是指采用真空蒸鍍的方法在以硅藻土為基材成形出的仿生減阻結(jié)構(gòu)外表面再沉積一層防垢抑藻合金，使得所制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)具備減阻、防垢、抑藻等多種功能，屬于仿生制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硅藻土是由硅藻的古代殘骸沉積物生成的硅質(zhì)沉積巖，其主要結(jié)構(gòu)單體是不同種類形態(tài)（常見的有球形、盤形、圓筒形、桿形、舟形等）的硅藻殼體及其碎片，主要化學(xué)成分是二氧化硅。由于中空的硅藻殼體表面布滿微納米級(jí)的通透小孔，這使得硅藻土具有質(zhì)輕、孔隙度大、吸附性和滲透性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及耐磨、耐熱等特點(diǎn)，是一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的天然多孔玻璃材料。利用硅藻土的上述特性，將其固化成型后應(yīng)用于減阻領(lǐng)域，可以作為緩釋減阻劑的結(jié)構(gòu)體，如進(jìn)一步在該結(jié)構(gòu)體表面成形出仿生減阻形貌，則可以制作出集緩釋減阻與形貌減阻于一體的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。例如，專利號(hào)為ZL201110261667.3、ZL201110261739.4、ZL201110261678.1的中國專利相繼公開了基于硅藻土制作仿生減阻結(jié)構(gòu)的制作方法。

集多種功能于一體、制備功能復(fù)合結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)更多功能的集成與耦合是當(dāng)前功能復(fù)合材料制造領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢。當(dāng)前，在管道輸運(yùn)、船舶航運(yùn)等領(lǐng)域除存在減阻需求之外，還要面對(duì)來自流固界面上水體硬垢集結(jié)及藻類微生物附著所產(chǎn)生的巨大危害，無形中大大增加了相關(guān)設(shè)備的維護(hù)及使用成本，因而在防垢抑藻方面尚存在巨大的社會(huì)需求。以CuZnX（X代表合金元素）為代表的防垢抑藻合金是當(dāng)前新材料研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，該新型材料在防垢抑藻方面具有顯著的應(yīng)用效果，并已在城市供水和石油開采領(lǐng)域開展應(yīng)用。其防垢抑藻機(jī)理是：當(dāng)合金與水接觸時(shí)，由于其整體電負(fù)性比水的小，合金可向水中釋放電子，由于電子的遷移運(yùn)動(dòng)使合金周圍形成電場，電場作用下使水產(chǎn)生極化效應(yīng)，改變水的靜電動(dòng)勢，使水中各種物質(zhì)分子之間的結(jié)合力發(fā)生改變，水中的固相顆粒包括藻類及微生物袍子受其影響始終處于懸浮和溶解狀態(tài)，從而有效抑制水垢的形成和藻體的附著，達(dá)到防垢抑藻的目的。因此，在上述硅藻土基仿生減阻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，如能進(jìn)一步引入防垢抑藻合金，探索集減阻、防垢、抑藻于一體的新型功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法，必將為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于真空蒸鍍的硅藻土基減阻防垢抑藻型功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法，以解決上述技術(shù)問題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

基于真空蒸鍍的硅藻土基減阻防垢抑藻型功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

第一步：硅藻土原材料的殼體濾選及結(jié)構(gòu)固化成型

（A）以市售硅藻土為原材料，室溫條件下將一定量的硅藻土原材料浸入清水中超聲清洗30min，然后使用15μm的濾布過濾以濾除細(xì)碎硅藻殼體、浮塵及其他可溶物，烘干后得到粒徑在15μm以上的硅藻殼體混合物；?

（B）將經(jīng)（A）步驟制得的硅藻殼體混合物置于一定形狀的模具中，采用燒結(jié)固化方法在一定工藝條件下將硅藻殼體混合物固化成型，脫模后得到一定形狀的硅藻土基結(jié)構(gòu)體；

第二步：仿生減阻結(jié)構(gòu)在硅藻土基結(jié)構(gòu)體表面的機(jī)械仿形加工成形

（A）以某種高游速水下生物的表皮作為仿生減阻結(jié)構(gòu)的構(gòu)形來源，借助一定的抽象、簡化和放大手段構(gòu)建出仿生減阻結(jié)構(gòu)的數(shù)字化模型；?

（B）以經(jīng)（A）步驟構(gòu)建的仿生減阻結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型為依據(jù)，采用機(jī)械仿形加工方法在第一步制得的硅藻土基結(jié)構(gòu)體某一表面上成形出具有一定加工精度的仿生減阻結(jié)構(gòu)；

第三步：防垢抑藻合金鍍層在仿生減阻結(jié)構(gòu)外表面的真空蒸鍍沉積

（A）將第二步加工有仿生減阻結(jié)構(gòu)的硅藻土基結(jié)構(gòu)體用去離子水反復(fù)沖洗4～6次然后烘干，以去除機(jī)械仿形加工過程中產(chǎn)生的硅藻殼體碎片及粉塵；

（B）以銅鋅系合金CuZnX作為防垢抑藻合金，在確保不阻塞絕大多數(shù)硅藻殼體微孔的前提下，采用多源共鍍型真空蒸鍍方法在經(jīng)（A）步驟清洗后的仿生減阻結(jié)構(gòu)外表面上沉積一定厚度、一定組分比的防垢抑藻合金鍍層；

（C）在不致熔化二氧化硅質(zhì)硅藻殼體固化結(jié)構(gòu)的前提下，采用一定的加熱溫度對(duì)經(jīng)（B）步驟制得的防垢抑藻合金鍍層進(jìn)行晶化熱處理，使其由非晶態(tài)合金變?yōu)榫B(tài)合金；

第四步：減阻劑、防垢劑和抑藻劑在功能復(fù)合結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的吸附