[發明專利]單相陶瓷透氧膜修復材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611057556.X
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108114609B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 楊維慎;曹中衛;朱雪峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01D65/10
• 分類號: B01D65/10;B01D71/02;C04B41/87
• 代理公司: 大連格智知識產權代理有限公司 21238
• 代理人: 劉曉琴;張亞男

單相陶瓷透氧膜修復材料的制備方法，包括以下步驟：將Ca、Cu和Zn的碳酸鹽或氧化物中的至少一種與制備單相陶瓷透氧膜的組分混合，加入溶劑進行球磨，將混合粉體烘干后燒結得到粉體Ⅰ，取部分粉體Ⅰ再次加入溶劑球磨，離心分離，烘干，得到粉體Ⅱ；將粉體Ⅰ與粉體Ⅱ混合，得到所述修復材料。本發明制備了單相陶瓷透氧膜修復材料，并公開了利用其進行膜修復的方法，其利用熔點低于膜材料且與膜材料組成相近的材料來進行修復，可以有效的修復陶瓷透氧膜在制備過程中產生的缺陷，從而提高透氧膜的利用率和成品率。

技術領域

本發明屬于功能陶瓷材料，尤其涉及一種單相陶瓷透氧膜修復材料。

背景技術

陶瓷透氧膜是一類同時具有氧離子導電性和電子導電性的無機陶瓷膜，在混合導體透氧膜中氧離子是通過氧空穴機制來傳導，為了維持材料內部的電荷平衡，電子在透氧膜中反向傳導，這樣不需要外加電路就可以實現透氧過程的循環操作。通過這種特有的氧離子空穴機制來傳導氧離子使得混合導體透氧膜理論上有100％氧選擇性，因此被廣泛應用于能源、環境、化工等領域。

根據膜的結構，可以將陶瓷透氧膜分為管狀膜和片狀膜。傳統的管狀膜制備方法主要是塑性擠壓法，這種方法所需要的設備簡單，可以制備任意長度的膜管，并且可以進行批量生產。該方法需要將陶瓷粉體和有機添加劑在練泥機上混合制備成具有一定強度的泥棒，然后將泥棒在擠管機上擠壓成型。在制備泥棒的過程中有可能混進氣體以及陶瓷粉體顆粒，在擠壓成型膜管的過程中極易造成膜管的表面出現一些針狀的小孔，這些的小孔的大小通常只有1μm-50μm，而這些缺陷在成型透氧膜管的過程中又是不可避免的，這就導致了膜管在燒結后出現漏氣的現象，一方面降低了膜管的有效利用率，另一方面也造成了膜管不必要的浪費。

為了提高透氧膜材料的氧滲透性能，流延疊層熱壓法制備的負載膜也是研究熱點。流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑等成分,得到分散均勻的漿料,在流延機上制備要求厚度薄膜的一種成型方法。由于該法具有設備簡單、可連續操作、生產效率高、自動化水平高、工藝穩定等一系列優點,因此在陶瓷材料的成型工藝中得到了廣泛的應用。將流延制備的膜帶按照需要利用疊層熱壓的方法可以得到不同厚度的負載膜。對于功能分離層厚度小于10μm的負載膜來說，也往往存在膜片能夠燒結致密，但是膜表面存在一些缺陷導致膜片漏氣的問題，這可能是由于流延漿料的不均勻導致的流延膜帶時出現的缺陷針眼狀小孔，這在一定程度上也降低了負載膜的成品率，限制了負載膜的應用。

通過對比陶瓷透氧膜的成型工藝，不難發現，不管是管狀膜還是片狀膜，在成型過程中往往不可避免的會出現缺陷，這不僅限制了透氧膜的有效應用，而且很大程度上造成了透氧膜的浪費。鑒于此，本發明提供一種具有納米尺寸的粉體用于修復有缺陷的陶瓷透氧膜，這種方法可以有效的修補針眼狀小孔，提高陶瓷膜材料的有效利用率和成品率。

發明內容

現有的陶瓷透氧膜，由于制備過程中陶瓷粉體與添加劑之間的混合不均勻或者燒結工藝容易造成缺陷，缺陷主要以針眼狀的小孔出現，大小在1μm-50μm，影響膜的應用效果，本發明旨在提供一種修復單相陶瓷透氧膜的修復材料，其可以對陶瓷透氧膜進行有效地修復，提高陶瓷膜材料的有效利用率和成品率。

本發明的技術目的通過以下技術方案實現：

單相陶瓷透氧膜修復材料的制備方法，包括以下步驟：將Ca、Cu和Zn的碳酸鹽或氧化物中的至少一種與制備單相陶瓷透氧膜的組分混合，加入溶劑進行球磨，將混合粉體烘干后燒結得到粉體Ⅰ，取部分粉體Ⅰ再次加入溶劑球磨，離心分離，烘干，得到粉體Ⅱ；將粉體Ⅰ與粉體Ⅱ按質量比為1：(0.5～10)混合，得到所述修復材料。

此外，本發明還公開了利用以上制備的修復材料進行膜修復的方法，包括將修復材料粉體配成分散液，將有缺陷的陶瓷透氧膜置于上述分散液中，在真空條件下浸漬，然后進行干燥，燒結的步驟。