一種多孔不銹鋼膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔不銹鋼膜的制備方法。首先通過粉末壓片機(jī)將表面包裹著低熔點金屬層大粒徑不銹鋼粉末壓制成型，然后在成型的坯體上制備不銹鋼粉末膜層，經(jīng)燒結(jié)最終制得高度非對稱的多孔不銹鋼膜。本發(fā)明通過在制備基體的不銹鋼粉末表面包覆低熔點金屬層來降低制備基體的不銹鋼粉的燒結(jié)溫度，從而實現(xiàn)基體與膜層的共燒結(jié)，所制得的多孔不銹鋼膜材料非對稱程度高，膜層孔徑分布窄，膜層與基體結(jié)合力牢，且經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，基體粉末表面的低熔點金屬與基體粉末合金化，在保證膜材料機(jī)械強(qiáng)度的同時，增加了多孔不銹鋼膜的其它金屬性能。
【專利說明】一種多孔不銹鋼膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔不銹鋼膜的制備方法，尤其涉及一種具有制備成本低，非對稱程度高、孔徑分布窄、膜層附著力強(qiáng)等特性的多孔不銹鋼膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問題對當(dāng)今世界的發(fā)展具有重大影響，節(jié)能是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點之一。在化工生產(chǎn)方面，產(chǎn)品的提純與分離消耗了大量的能量。因此，使用低能耗方法分離物質(zhì)可以使能源的消耗大大減少。而膜分離正是一種新興的低能耗分離技術(shù)。
[0003]膜分離過程與人們熟知的傳統(tǒng)分離方法如蒸發(fā)、分餾相比，其突出的優(yōu)點是效率高、能耗低、操作條件溫和簡易等，因此應(yīng)用廣，發(fā)展迅速，在食品飲料、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物技術(shù)、化工冶金，環(huán)境工程等領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用。
[0004]常用膜按材質(zhì)分類可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。有機(jī)膜是較早得到廣泛應(yīng)用的膜，但由于其不耐高溫，易受酸堿腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度低，已無法完全滿足膜分離過程的需要。而無機(jī)膜近年來發(fā)展迅猛，與有機(jī)膜相比，具有一系列獨特的優(yōu)點，如耐高溫，耐腐蝕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于清洗再生。常用的無機(jī)膜有多孔陶瓷膜和多孔不銹鋼膜，與陶瓷膜相比，多孔不銹鋼膜有如下優(yōu)點:1、工作環(huán)境要求低，可在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿下連續(xù)操作；2、可焊接，膜組裝簡易方便；3、機(jī)械強(qiáng)度高，膜性能不會隨著溫度驟變而發(fā)生較大變化，使用壽命長等。
[0005]因工業(yè)膜必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度才能夠滿足實際工況要求，為了達(dá)到所要求的強(qiáng)度，常規(guī)多孔不銹鋼膜一般壁厚都在2-3mm，而實際工作中起過濾作用的膜厚度不超過
0.1_。在保證過濾精度與機(jī)械強(qiáng)度的前提下，2-3_的壁厚大幅降低膜的通透性，造成巨大的壓強(qiáng)損失和能源損耗。此外常規(guī)多孔不銹鋼的反沖洗效果差。近年來，隨著各領(lǐng)域?qū)Νh(huán)保、高效等綠色膜的需求，解決常規(guī)多孔不銹鋼膜過濾精度和生產(chǎn)效率這一矛盾成為了研究熱點，而制備非對稱多孔不銹鋼膜是目前唯一的解決途徑。
[0006]目前制備非對稱多孔不銹鋼膜的方法可分為:分步燒結(jié)與共燒結(jié)兩種，分步燒結(jié)即是在燒結(jié)好的大孔基體上制備非對稱涂層，制備涂層方法主要有熱噴涂法、磁控濺射法、濕粉噴涂法、刷涂法等。而這些方法存在著一些共有問題:1、分次燒結(jié)工序復(fù)雜，且多次燒結(jié)能耗高；2、由于基材已燒結(jié)，在燒結(jié)過程中基體的膨脹與涂層燒結(jié)收縮不匹配，易開裂、剝落，成品率低。為了能很好地解決如上問題，研究人員嘗試一步制備非對稱多孔不銹鋼膜坯體，經(jīng)過長期實驗，研究者通過多層壓制法[劉忠軍，一種非對稱不銹鋼過濾片的制備方法，專利申請?zhí)?01210024816.9]和[黃彥、俞健，一種多孔陶瓷-金屬復(fù)合膜材料的制備方法，申請?zhí)?CN201110168259]、離心沉積法[奚正平、湯慧萍劉忠軍，汪強(qiáng)兵，一種漸變孔徑不銹鋼多孔管的制備方法，專利申請?zhí)?00810232583.5]成功一步制得非對稱多孔不銹鋼膜坯體。但眾所周知，不同種材質(zhì)的粉末的熱膨脹系數(shù)是不一樣的以及不同粒徑的同種粉末的燒結(jié)溫度是不一致的，由于這些客觀原因的存在，目前非對稱多孔不銹鋼的制備工藝要么膜層的過度燒結(jié)通量偏低，要么膜層易剝落，機(jī)械強(qiáng)度差。總體而言，目前制備非對稱多孔不銹鋼膜的方法存在著諸多問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種制備操作簡便，生產(chǎn)成本低的不銹鋼膜共燒結(jié)技術(shù)，以期獲得氣液通量大的多孔不銹鋼膜，來滿足各種復(fù)雜的工業(yè)過濾體系。
[0008]本發(fā)明的解決思路是通過在用于制備基體的不銹鋼粉末表面包覆低熔點金屬層來降低燒結(jié)溫度。在膜層粉末的燒結(jié)溫度下，顆粒表面的金屬微粒首先發(fā)生燒結(jié)形成燒結(jié)頸，并與基體的不銹鋼粉末合金化。這樣既降低了基體的燒結(jié)溫度，又保證了基體機(jī)械強(qiáng)度；同時通過合金化提高多孔不銹鋼膜材料的多項性能，如抗氧化性、耐腐蝕性等。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種制備多孔不銹鋼膜的方法，通過粉末壓片機(jī)將表面包裹著低熔點金屬層大粒徑不銹鋼粉末壓制成型，然后在成型的坯體上制備不銹鋼粉末膜層，經(jīng)燒結(jié)最終制得高度非對稱的多孔不銹鋼膜。
[0011]本發(fā)明的制備方法，其優(yōu)點至少包括:(1)通過在制備基體的不銹鋼粉末表面包覆低熔點金屬微粒，此法既降制備基體的粉末燒結(jié)溫度，又在不影響基體基本性能的前提下給材料增加了一些其它金屬性能；(2)膜層粉末與基體共燒結(jié)，與傳統(tǒng)的制備工藝相比，膜層與基體結(jié)合力更牢，一次燒結(jié)，節(jié)約能源。
[0012]所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，制備步驟包括；(1)采用非勻相沉積法(濕化學(xué)法)在大粒徑不銹鋼粉末表面包覆一層金屬微顆粒，步驟包括配置低熔點金屬鹽溶液，放入不銹鋼粉末，攪拌并向溶液中加入還原劑，最終制得表層包覆一層低熔點金屬顆粒的不銹鋼粉末；(2)通過粉末壓片機(jī)制備多孔不銹鋼坯體；(3)在坯體上制備微米級不銹鋼粉末涂層；(4)經(jīng)燒結(jié)后制得多孔不銹鋼膜材料。
[0013]所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于采用非勻相沉積法在制備基體的不銹鋼粉末表層包覆一層低熔點金屬，步驟包括配置低熔點金屬鹽溶液，放入制備基體的不銹鋼粉末，攪拌并向溶液中加入還原劑。
[0014]所述的微米級不銹鋼懸浮液所用粉末是平均粒徑1-50 μ m的不銹鋼粉末，所用有機(jī)溶液為PVA或MC水溶液，PVB或PVP的乙醇溶液中的一種。
[0015]所述的制備基體的不銹鋼粉末平均粒徑是50-500 μ m，金屬鹽是硫酸鎳、硫酸銅、硝酸銀等，還原劑為單質(zhì)鋅、鋁粉末，制備基體的不銹鋼粉末表面金屬層厚度控制在
0.1-10 μ m。
[0016]所述的粉末壓片機(jī)的壓制壓力為10_30Mpa，壓制時間為100_500s。
[0017]所述的涂層制備工藝為浸潰法、濕粉噴涂、涂覆法。
[0018]所述的燒結(jié)在真空或還原性氣氛下進(jìn)行，升溫速率1-10°C /min，燒結(jié)溫度為600-1400。
[0019]本發(fā)明的有益效果
[0020]本發(fā)明通過在制備基體的不銹鋼粉末表面制備低熔點金屬層，此法既降低制備基體的粉末燒結(jié)溫度，又在不影響基體基本性能的基礎(chǔ)上提高了基體的其它性能；同時，本發(fā)明膜層粉末與基體粉末共燒結(jié)，解決了膜層易剝落這一難題。本發(fā)明優(yōu)化了膜材料性能，擴(kuò)大了多孔不銹鋼膜的使用范圍?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1為多孔不銹鋼膜的斷面金相照片
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]一種多孔不銹鋼膜的制備步驟:
[0024]1、向飽和硫酸鎳溶液中加入平均粒徑為100 μ m的不銹鋼粉末，攪拌并加入適量鋅粉，待鋅粉反應(yīng)完全后將過濾出不銹鋼粉末并烘干。
[0025]2、使用壓片機(jī)壓制直徑為30mm的多孔不銹鋼還體，壓制壓力為lOMpa,保壓時間為 100s。
[0026]3、配置5wt.%的PVA水溶液100ml，加入10g5 μ m不銹鋼粉末，攪拌分散。
[0027]4、運用噴涂法在多孔不銹鋼坯體上制備5 μ m不銹鋼粉末膜層。
[0028]5、將非對稱多孔不銹鋼坯體放入高溫爐內(nèi)，第一步在氬氣氣氛下，采用2°C /min的升溫速率加熱到500°C，保溫lh，脫除添加劑；第二步在氫氣氣氛下，以1°C /min的速率升溫至900°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫10h，自然降至室溫，即可得到非對稱多孔不銹鋼膜。
[0029]6、對所制得的多孔膜進(jìn)行孔徑與通量測試，經(jīng)測試平均孔徑為0.5 μ m，氣體通量為ZlOOnfti^hHbar4’，而對稱膜要達(dá)到相同的過濾精度，通量只有SOOnA^dai^1左右。
[0030]實施例2`
[0031]一種多孔不銹鋼膜的制備步驟:
[0032]1、向飽和硫酸銅溶液中加入平均粒徑為100 μ m的不銹鋼粉末，攪拌并加入適量鋁粉，待鋁粉反應(yīng)完全后將過濾出不銹鋼粉末并烘干。
[0033]2、使用壓片機(jī)壓制直徑為20mm的多孔不銹鋼還體，壓制壓力為15Mpa,保壓時間為 200s。
[0034]3、配置5wt.%的PVB乙醇溶液100ml，加入lOglO μ m不銹鋼粉末，攪拌分散。
[0035]4、運用刷涂法在多孔不銹鋼坯體上制備10 μ m不銹鋼粉末膜層。
[0036]5、將非對稱多孔不銹鋼坯體放入高溫爐內(nèi)，第一步在氬氣氣氛下，采用2°C /min的升溫速率加熱到500°C，保溫lh，脫除添加劑；第二步在氫氣氣氛下，以1°C /min的速率升溫至1000°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫5h，自然降至室溫，即可得到非對稱多孔不銹鋼膜。
[0037]實施例3
[0038]一種多孔不銹鋼膜的制備步驟:
[0039]1、向飽和硝酸銀液中加入平均粒徑為100 μ m的不銹鋼粉末，攪拌并加入適量鋅粉，待鋅粉反應(yīng)完全后將過濾出不銹鋼粉末并烘干。
[0040]2、使用壓片機(jī)壓制直徑為15mm的多孔不銹鋼還體，壓制壓力為20Mpa,保壓時間為 300s。
[0041]3、配置2wt.^^^]PVP溶液100ml，加入10gl5 μ m不銹鋼粉末，攪拌分散。
[0042]4、運用噴涂法在多孔不銹鋼坯體上制備15 μ m不銹鋼粉末膜層。
[0043]將非對稱多孔不銹鋼坯體放入高溫爐內(nèi)，第一步在氬氣氣氛下，采用2°C /min的升溫速率加熱到500°C，保溫lh，脫除添加劑；第二步在氫氣氣氛下，以1°C /min的速率升溫至1050°C進(jìn)行燒結(jié)，保溫8h，自然降至室溫，即可得到非對稱多孔不銹鋼膜。[0044]以上實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下所做的任何等效變化，都屬于本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于:(1)采用非勻相沉積法(濕化學(xué)法)在大粒徑不銹鋼粉末表面包覆一層金屬微顆粒，步驟包括配置低熔點金屬鹽溶液，放入不銹鋼粉末，攪拌并向溶液中加入還原劑，最終制得表層包覆一層低熔點金屬顆粒的不銹鋼粉末；(2)通過粉末壓片機(jī)制備多孔不銹鋼坯體；(3)在坯體上制備微米級不銹鋼粉末涂層；(4)經(jīng)燒結(jié)后制得多孔不銹鋼膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于采用非勻相沉積法在制備基體的不銹鋼粉末表層包覆一層低熔點金屬，步驟包括配置低熔點金屬鹽溶液，放入制備基體的不銹鋼粉末，攪拌并向溶液中加入還原劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的制備膜層不銹鋼粉末平均粒徑1-50 μ m ;制備基體的不銹鋼粉末平均粒徑是50-500 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述金屬鹽為硫酸鎳、硫酸銅、硝酸銀等，還原劑為單質(zhì)鋅粉、鋁粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于制備基體的不銹鋼粉末表面金屬層厚度控制在0.1-10 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于采用浸潰法、濕粉噴涂、涂覆法在多孔不銹鋼表面制備膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的粉末壓片機(jī)的壓制壓力為10-30Mpa，壓制時間為100-500s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔不銹鋼膜的制備方法，其特征在于所述的燒結(jié)在真空或還原性氣氛下進(jìn)行，升溫速率1-10°C /min，燒結(jié)溫度為600-1400°C。
【文檔編號】B01D67/00GK103691329SQ201310717231
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】黃彥, 俞健, 徐吉權(quán), 胡小娟, 魏磊, 劉強(qiáng), 諶洪圖, 蔡毅 申請人:南京工業(yè)大學(xué)