[發(fā)明專(zhuān)利]一種梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110010469.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112828280B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞健;楊佳輝;張玉冬;徐玫瑰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F1/10
• 分類(lèi)號(hào): B22F1/10;B22F3/04;B22F3/11
• 代理公司: 南京天華專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

本發(fā)明涉及一種梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜的制備方法，包括如下步驟：一.將小粒徑金屬粉末和粘結(jié)劑溶液攪拌均勻制得漿料；二.將漿料均勻涂敷于光滑平板上，干燥后將金屬模坯料從平板上剝離，得到的金屬膜坯料卷成圓柱狀緊貼于剛性外模內(nèi)壁；三.將粗細(xì)不同的金屬粉末填裝于剛性外模和彈性?xún)?nèi)模之間的空腔中，用彈性封頭將空腔兩頭密封，冷等靜壓成型后脫去彈性?xún)?nèi)模和彈性封頭；四.將剛性外模連同坯體置于氣氛爐中高溫?zé)Y(jié)，冷卻后脫除剛性外模即可得到非對(duì)稱(chēng)金屬膜。本工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，制得的金屬膜孔徑梯度大，通量大，過(guò)濾精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜的制備方法。

技術(shù)背景

隨著膜科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，膜分離作為一種新型高效的分離技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于能源、石油化工、生物、衛(wèi)生醫(yī)藥、環(huán)境、冶金和食品等眾多領(lǐng)域。目前，常見(jiàn)的膜材料主要包括金屬、陶瓷和高分子有機(jī)材料，多孔金屬具有高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的加工、焊接、密封性，在很多領(lǐng)域要優(yōu)于陶瓷和有機(jī)材料。

多孔金屬膜分為對(duì)稱(chēng)式多孔金屬膜和非對(duì)稱(chēng)式多孔金屬膜。非對(duì)稱(chēng)即所謂的梯度孔徑結(jié)構(gòu)，由起支撐作用的基體層和過(guò)濾作用的分離層組合而成，其過(guò)濾精度高、滲透通量大，是多孔金屬材料的發(fā)展方向。然后隨著膜層數(shù)量的增加，多孔金屬材料制備工藝越變復(fù)雜，成本增加。梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜的常規(guī)制備方法有懸浮粒子燒結(jié)法、濕粉噴涂法、離心成型法等，專(zhuān)利CN103691330A公開(kāi)了一種多孔不銹鋼的制備工藝，將制備膜層的不銹鋼粉末制備于剛性模具表面，然后將不銹鋼粉末填在剛性模具和彈性模之間，通過(guò)冷等靜壓成型，脫模后高溫?zé)Y(jié)成非對(duì)稱(chēng)的多孔不銹鋼膜。專(zhuān)利CN103386486A公開(kāi)了一種無(wú)支撐型多孔金屬膜的制備方法，將金屬粉和聚乙烯醇的水溶液球磨混合均勻，將漿料涂敷于基體表面，干燥后剝離得到金屬膜坯料，將陶瓷填料和坯料放入燒結(jié)模具中燒結(jié)成型。通過(guò)涂覆的方式在曲面上制備金屬膜層厚度不均且缺陷較多，主要是金屬顆粒重量較大，若漿料配置粘度過(guò)大，流動(dòng)性較差無(wú)法成膜，漿料粘度過(guò)小，則很難掛壁，導(dǎo)致缺陷和厚度不均。在平板上涂覆則不受重力影響，膜層的制備難度小很多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，解決管式梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜膜層缺陷和厚度不均的問(wèn)題，提供一種梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種梯度孔徑結(jié)構(gòu)金屬膜的制備方法，其具體步驟如下：

步驟一：將金屬粉末和粘結(jié)劑溶液按質(zhì)量比1:(2-5)混合后攪拌均勻制得漿料；所述粘結(jié)劑質(zhì)量含量為0.2-2wt％；

步驟二：將漿料采用涂覆法均勻制備于光滑平板上，干燥后將金屬膜坯料從平板上剝離，將得到的金屬膜坯料卷成圓柱狀緊貼于剛性外模內(nèi)壁；

步驟三：將剛性外模、彈性?xún)?nèi)模、彈性封頭組成模具，將粒徑大小不同的兩種金屬粉末按比例混合后，填裝于剛性外模和彈性?xún)?nèi)模之間的腔體中，冷等靜壓成型后脫去彈性?xún)?nèi)模和彈性封頭；

步驟四：將剛性外模連同坯體在真空或惰性氣氛爐中燒結(jié)，冷卻后脫除剛性外模即得到非對(duì)稱(chēng)金屬膜。

優(yōu)選步驟一中所述的金屬粉末的材質(zhì)為不銹鋼、鎳、銅或者鈦；金屬粉末的粒徑為0.5-50μm；所述的粘結(jié)劑溶液為聚乙烯縮丁醛、聚甲基纖維素或聚乙烯醇溶液。

優(yōu)選步驟二中所述的涂覆法為噴涂法或刮刀法。優(yōu)選步驟二中所述的金屬膜坯料的厚度為0.05-2mm。優(yōu)選步驟二中所述的兩種金屬粉末的材質(zhì)均為不銹鋼、鎳、銅或者鈦；大粒徑金屬粉末的粒徑為50-500μm，小粒徑金屬粉末的粒徑0.5-50μm；大小粒徑按體積比為(1-10):1比例混合。

優(yōu)選步驟三中所述的剛性外模材質(zhì)為石英、陶瓷或者剛玉；所述的剛性彈性?xún)?nèi)膜和所述彈性封頭材質(zhì)為硅膠或橡膠。

優(yōu)選步驟四中得到的非對(duì)稱(chēng)金屬的厚度為0.5-10mm。