專利名稱：一種非對稱不銹鋼過濾膜管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬過濾管及其制備方法，具體涉及一種非對稱不銹鋼過濾膜管及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬多孔材料作為多孔材料家族中的重要一員，以其獨特的性能已被廣泛應用在石油化工、能源、環(huán)保、食品、制藥等領(lǐng)域的過濾、分離、流體分布等功能領(lǐng)域，并且是上述工業(yè)實現(xiàn)技術(shù)突破不可缺少的關(guān)鍵材料。金屬多孔材料滲透性好、孔隙和孔徑可控、形狀穩(wěn)定、耐高溫、能再生、可加工，是某些特殊工業(yè)領(lǐng)域其他多孔材料無法取代的一類功能材料。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對過濾材料性能的要求越來越高，均勻多孔材料作為 過濾膜層的基體，已經(jīng)不能滿足某些部門大透氣、高精度的性能要求。在保證多孔金屬過濾材料透過性能的前提下，為提高其過濾精度，通常在多孔材料表面涂上一層或多層多孔膜來提高其過濾精度?；谶@種思想，很多專利陸續(xù)公布了該類材料的制備方法，例如申請?zhí)枮?CN200610137991. 3.CN200710035404. 4,200810232586. 4 和 CN200910187849. 3 就提出了非對稱金屬過濾膜管的制備方法。對于連續(xù)梯度金屬過濾膜管而言，由于不同粉末梯度層之間燒結(jié)應力的相互抑制，進而容易實現(xiàn)同步燒結(jié)(共燒結(jié))，避免材料開裂現(xiàn)象的發(fā)生，然而連續(xù)梯度過濾膜管的制備工藝相對較復雜(見專利CN101428346)，成品率低，很難實現(xiàn)規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)；膜層與支撐層在燒結(jié)過程中發(fā)生開裂則是突變梯度過濾膜管制備過程中很難避免的一個難題。因此，如何選擇恰當?shù)某尚头椒盁Y(jié)工藝，避免材料開裂，是成功制備突變梯度金屬過濾膜管的關(guān)鍵?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對金屬多孔材料的性能要求越來越高，比如對服役性能而言，要求過濾精度越來越高，透過率越來越大；在孔隙性能方面，要求孔徑越來越小，孔隙度越來越大；導熱導電率要好，抗腐蝕、抗疲勞等力學性能要高。例如，果汁澄清需要過濾精度為
O.2-0. 5 μ m的多孔材料，微生物分離與細胞碎片過濾需要過濾精度為O. 2-1. 6ym的多孔材料，血漿分離以及乳品工業(yè)中除菌、濃縮則需要過濾精度為O. 1-1 μ m的多孔材料，高溫氣體除塵要求耐高溫、耐腐蝕,燃料電池電極需要高導電率、高比表面積等等。然而,一些服役性能與孔隙性能之間存在著相互制約，如材料的耐壓強度與透過性能是一對矛盾過濾管管壁越厚，其耐壓強度越高，材料透氣性越差；大流量與高精度對于多孔材料來說也是一對矛盾孔徑越小，材料的過濾精度越高，流體透過量就越小。利用非對稱孔結(jié)構(gòu)多孔材料可以有效解決這一問題。目前，對于梯度金屬多孔過濾膜管，在保證透過性能的前提下人們通常利用在多孔金屬膜管基體的表面噴涂或刷涂一層陶瓷或金屬多孔膜來實現(xiàn)對過濾精度的控制，或直接通過離心沉積方法制備連續(xù)梯度金屬過濾膜管，但是這些方法都存在一定缺點，例如，多孔金屬膜管基體上的陶瓷膜經(jīng)共燒結(jié)后其強度不高，在使用過程中容易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，導致產(chǎn)品壽命短，且與陶瓷膜復合的多孔過濾膜管的機械加工性差；另外，離心沉積法制備金屬過濾膜管的方法較復雜，還不適合規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。如上所述，非對稱金屬過濾膜管可以分成突變和漸變梯度孔結(jié)構(gòu)兩種。突變(亦稱階梯狀一具有明顯的材料界面)孔徑梯度多孔材料都是過濾控制層或過渡層附在前一層大孔的支撐體上，這類材料便是上面提到的金屬膜材料。通過改變成型方法及燒結(jié)工藝，控制金屬膜層的厚度，可以完成此類材料的制備，例如申請?zhí)枮?01210024816. 9便提供了一種突變梯度金屬過濾片的制備方法，而本專利涉及一種突變梯度過濾膜管的制備方法。通過本專利制備的非對稱不銹鋼過濾膜管可以在保證較高過濾精度的前提下，使其具有優(yōu)良的透過性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合規(guī)?；a(chǎn)的非對稱金屬過濾膜管的及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案主要涉及一種非對稱不銹鋼過濾膜管及其制備方法，其特征在于制備過程為
(1)在經(jīng)篩分過的、不同粒度的粗、細不銹鋼粉末中分別加入少量樹脂，混合均勻；
(2)在成型模具中引入不銹鋼纖維氈，固定好芯棒及膠套；
(3)首先稱取步驟(I)中一定質(zhì)量的粗粉末和細粉末，然后裝料成形，在裝料過程中須保證粗粉末與細粉末在模具中的粉末高度有序交替增加，以保證不同粉末梯度層厚度的均勻性。粗粉末層為過濾管支撐層，細粉末層為過濾管精度控制層；根據(jù)實際工況情況可以選擇精度控制層的位置(過濾管的內(nèi)壁或外壁);
(4)將(3)中得到的過濾管半成品放到冷等靜壓機中壓制成型；
(5)將(4)最終得到的非梯度不銹鋼過濾管生坯進行脫模；
(6)經(jīng)(5)得到的非對稱不銹鋼過濾管生坯在真空爐或在氫氣爐中進行燒結(jié)，升溫速率為2 10°C /min，燒結(jié)溫度為1150 1250°C，保溫I 4小時，冷卻后即制得非對稱不銹鋼過濾膜管。所述步驟(3)中的壓制壓力為為15 30 MPa ；
所述步驟(6)中的在氫氣爐中燒結(jié)時燒結(jié)氣體為氫氣或惰性氣體，如氬氣，氮氣等。一種根據(jù)所述非對稱不銹鋼過濾膜管的制備方法制得的非對稱不銹鋼過濾膜管，包括支撐層1，控制層3，還包括在支撐層和控制層之間的不銹鋼纖維氈2。一種用于制造所述非對稱不銹鋼過濾膜管的成型模具，包括裝料口 1，裝料口 2，芯棒5，還包括在成型模具底部的設(shè)有一用于放置不銹鋼纖維氈的凹槽7。粉末顆粒的篩選是制備金屬多孔材料的一個重要環(huán)節(jié)。制備常規(guī)的金屬多孔材料時，要根據(jù)過濾性能的要求選擇一定顆粒尺寸分布的粉末，通常這類多孔材料中的大顆粒同小顆粒是雜亂混合的，這樣材料在燒結(jié)時各個部分的燒結(jié)收縮率基本上是相同的，材料不容易發(fā)生燒結(jié)變形，但均勻金屬多孔材料高的過濾精度和高的透過性能不能同時達到。本方法涉及的技術(shù)路線關(guān)鍵在于通過篩分獲得粒度分布較窄的粗粉末和細粉末，在上述裝料過程中，粗粉末層(基體層)與細粉末層(控制層)之間引進不銹鋼纖維氈，可以實現(xiàn)控制層在過濾管外壁或內(nèi)壁兩種類型的非對稱不銹鋼過濾膜管的成型，然后利用本方法涉及的特殊燒結(jié)工藝最終實現(xiàn)成品過濾膜管的制備。作為過濾膜管基體層與控制層之間的過渡層，不銹鋼纖維氈，在性能上既保證了過濾管的過濾精度和透過性能，同時也在很大程度上解決了突變梯度不銹鋼過濾膜管在燒結(jié)過程中出現(xiàn)的開裂、起皮等問題。針對實際應用中對金屬過濾膜管的厚度要求，本發(fā)明可通過選擇不同粒度分級的金屬粉末，在保證過濾性能的前提下，其厚度也可以得到精度控制；針對實際應用中對金屬過濾膜管的過濾性能要求，在厚度及粉末粒度固定的情況下，可以通過調(diào)節(jié)基體層與控制層的相對厚度來實現(xiàn)對過濾性能進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明在保證金屬過濾膜管過濾精度的同時，提高了非梯度不銹鋼過濾膜管的透氣系數(shù)；制備的非對稱不銹鋼過濾膜管是一次燒結(jié)成型，所需成本低于具有金屬膜或陶瓷膜為過濾精度控制層的非對稱不銹鋼過濾膜管的制備成本；本方法涉及的在特定溫度下進行低速升溫的燒結(jié)工藝可以有效提高燒結(jié)成品率，避免燒結(jié)過程中開裂現(xiàn)象的發(fā)生。本制備方法的特征還在于非對稱不銹鋼過濾膜管制備過程的裝料步驟中，采用了為此成型工藝特定設(shè)計的裝料模具采用此模具可以準確控制過濾管支撐層與精度控制層的厚度，進而保證過濾管的性能。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖I為非對稱不銹鋼過濾膜管的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖2為非對稱不銹鋼過濾膜管的結(jié)構(gòu)示意圖(主視圖)；
圖3為采用本專利涉及的成型方法制備非對稱不銹鋼過濾膜管過程中所用特定裝料模具的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-支撐層；2-纖維氈；3-控制層；4-裝料口 I ;5-芯棒；6-裝料口 2 ;7-凹槽(纖維氈位置)。
具體實施例方式實施例I
將過濾精度為20um的不銹鋼纖維氈裝入包含裝料口 1，裝料口 2以及芯棒的成型模具的凹槽7內(nèi)(見圖3)，待固定好芯棒及膠套后，在裝料口 I中裝入-180 300目的不銹鋼粉末，同時在裝料口 2中裝入-300目的不銹鋼粉末，在裝料過程中須保證粗粉末與細粉末在模具中的粉末高度有序交替增加，以保證不同粉末梯度層厚度的均勻性，將裝完料的粉末連同模具放進冷等靜壓機中壓制成型，然后取出脫模；在真空爐中對此非對稱不銹鋼過濾膜管生坯進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200°C，燒結(jié)時在特定溫度下進行低速升溫以防止樣品開裂；最后得到如圖I和圖2所示的包括支撐層1，控制層3和不銹鋼纖維氈2的非對稱不銹鋼過濾膜管。實施例2
將過濾精度為20um的不銹鋼纖維氈裝入模具的凹槽7內(nèi)，見圖3，待固定好芯棒及膠套后，在裝料口 I中裝入-180 340目的不銹鋼粉末，同時在裝料口 2中裝入-340目的不銹鋼粉末，在裝料過程中須保證粗粉末與細粉末在模具中的粉末高度有序交替增加，以保證不同粉末梯度層的均勻性。將裝完料的粉末連同模具放進冷等靜壓機中壓制成型，然后取出脫模；在真空爐中對此非對稱不銹鋼過濾膜管生坯進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1150°C，燒結(jié)時在特定溫度下進行低速升溫以防止樣品開裂；最后得到非對稱不銹鋼過濾膜管。實施例3
將過濾精度為20um的不銹鋼纖維氈裝入模具的凹槽7內(nèi)，見圖3，待固定好芯棒及膠套后，在裝料口 I中裝入-300目的不銹鋼粉末，同時在裝料口 2中裝入-180 300目的不銹鋼粉末，在裝料過程中須保證粗粉末與細粉末在模具中的粉末高度有序交替增加，以保證不同粉末梯度層的均勻性 。將裝完料的粉末連同模具放進等靜壓機壓制成型，然后取出脫模；在氫氣爐氫氣氛圍中對此非對稱不銹鋼過濾膜管生坯進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200°C，燒結(jié)時在特定溫度下進行低速升溫以防止樣品開裂；最后得到非對稱不銹鋼過濾膜管。
權(quán)利要求
1.一種非對稱不銹鋼過濾膜管的制備方法，其制備過程為 (1)在經(jīng)篩分過的、不同粒度的粗、細不銹鋼粉末中分別加入少量樹脂，混合均勻； (2)在成型模具中引入不銹鋼纖維氈，固定好芯棒及膠套； (3)首先稱取步驟(I)中一定質(zhì)量的粗粉末和細粉末，然后裝料成形，在裝料過程中須保證粗粉末與細粉末在模具中的粉末高度有序交替增加，以保證不同粉末梯度層厚度的均勻性，粗粉末層為過濾管支撐層，細粉末層為過濾管精度控制層； (4)將(3)中得到的過濾管半成品放到冷等靜壓機中壓制成型； (5)將(4)最終得到的非梯度不銹鋼過濾管生坯進行脫模； (6)經(jīng)(5)得到的非對稱不銹鋼過濾管生坯在真空爐或氫氣爐中進行燒結(jié)，升溫速率為2 IO0C /min，燒結(jié)溫度為1150 1250°C，保溫I 4小時，冷卻后即制得非對稱不銹鋼過濾膜管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非對稱不銹鋼過濾膜管的制備方法，其特征在于步驟(3)中壓制壓力為15 30 MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種非對稱不銹鋼過濾膜管的制備方法，其特征在于步驟(6)在氫氣爐中的燒結(jié)氣體為氫氣或惰性氣體。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非對稱不銹鋼過濾膜管的制備方法制得的非對稱不銹鋼過濾膜管，包括支撐層(I )，控制層(3)，其特征還在于還包括在支撐層和控制層之間的不銹鋼纖維氈(2)。
5.一種用于制造權(quán)利要求I或2所述的一種非對稱不銹鋼過濾膜管的成型模具，包括裝料口 I (4)，裝料口 2 (6)，芯棒(5)，其特征在于還包括在成型模具底部的設(shè)有一用于放置不銹鋼纖維氈的凹槽(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非對稱不銹鋼過濾膜管及其制備方法，該非對稱不銹鋼過濾膜管的制備方法制得的非對稱不銹鋼過濾膜管，包括支撐層，控制層，其特征還在于還包括在支撐層和控制層之間的不銹鋼纖維氈，本發(fā)明利用在不同粉末層之間加入不銹鋼纖維氈，在性能上既保證了過濾管的過濾精度和透過性能，同時也在很大程度上解決了突變梯度不銹鋼過濾膜管在燒結(jié)過程中出現(xiàn)的開裂、起皮等問題。
文檔編號B32B15/18GK102962464SQ201210470800
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者劉忠軍 申請人:江蘇云才材料有限公司