[发明专利]一种梯度孔隙结构钛滤芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种梯度孔隙结构钛滤芯，本发明还涉及该梯度孔隙结构钛滤芯的制备方法。

背景技术

钛滤芯适用于大流量、低阻力、高黏度、高含尘量的流体过滤，广泛用于应用于化学工业、石油化工及电力工业，为下游工序的设备提供保护，为产品的液-固分离和气-固分离及环保除尘、水处理发挥着重要的作用。钛滤芯由烧结钛金属粉末方法制备，具有各向同性的结构，孔径一致，起深层过滤的作用。此种结构具有较高的纳污能力，可通过超声波清洗或化学清洗获得再生。微孔管材或板材的滤材厚度一般为2-3mm，孔径控制在1～400μm，孔隙率为30％-70％。均质钛滤芯存在纳污量和过滤精度矛盾的问题。纳污量和孔隙尺寸、孔隙率有关，孔隙尺寸和孔隙率越大，纳污量越大，而过滤精度越低。孔隙尺寸和孔隙率越小，过滤精度越高，而纳污量越小。而梯度密度的过滤介质可以缓解这一矛盾，双梯度密度的过滤介质都有预过滤粒度和最终分离粒度的指标。大孔预过滤层可以先截留较大的颗粒，小孔最终过滤层可以截留粒度小的颗粒。大孔预过滤层帮助过滤介质提高了介质的纳污能力，一般可达2～3倍，从而也提高了过滤介质的寿命。采用粉末作为原料通过压制、烧结只能制备均一孔隙的滤芯，而且为了确保足够的空隙率，烧结通常在低温下进行，滤芯强度低(通常在0.5MPa左右)，限制了产品的应用。

近年研究发现通过采用粉末共注射成形工艺能实现低成本大批量的制备高性能梯度孔隙结构钛滤芯。粉末共注射成形基本工艺过程是：将两种材料的粉末与有机粘结剂各自均匀混合，首先将一定量表层材料注入模腔内；然后立刻注入芯层材料，迫使表层材料完全充满模腔，使表层材料将芯层材料包围在中心，最后再次注射表层材料，以便在浇口处将表面层补充完整，可以得到表层/芯层具有不同材料及功能的结构，再将成形坯中的粘结剂和造孔剂脱除，经烧结致密化得到最终产品。共注射成形工艺技术可以实现复杂形状、高性能的功能结构一体化零件的净成形和大批量生产，可控制芯层穿深和突破以适应滤芯器件的要求。

采用共注射成形工艺制备的梯度孔隙结构钛滤芯有许多优势：(1)、孔隙率可控：通过调整造孔剂的选择和添加量不同，可以控制表层和芯层滤芯的孔隙率和孔径，适应不同的使用要求；(2)、芯壳层厚度任意可调：通过调整芯壳层相对含量，可以调整壳层材料的厚度，从而可以解决纳污量和过滤精度矛盾的问题；(3)、界面结合强度高：可以实现完全的冶金结合，界面结合强度超过12MPa。

发明内容

本发明所要解决的第一技术问题是提供一种高纳污量和高过滤精度的梯度孔隙结构钛滤芯。

本发明所要解决的第二技术问题是提供一种解决芯/壳层孔隙结构控制和结合强度的问题。

为了解决上述第一技术问题，本发明提供的梯度孔隙结构钛滤芯，在以钛为原料的芯层外层包覆烧结有一层以钛为原料的壳层，所述的壳层的孔隙率达到70％，孔径可超过400μm，所述的芯层的孔隙率达到60％，孔径可低于1μm。

为了解决上述第二技术问题，本发明提供的梯度孔隙结构钛滤芯的制备方法，将钛粉、氢化钛粉、氯化钠粉混合均匀后与粘结剂混合制粒；采用粉末共注射成形技术，先注射成形内核部分，再注射成形外层；注射成形坯经脱脂脱盐和烧结后，得到制品；其步骤如下：

(一)、芯、壳层原料粉末均为钛粉中添加30～60vol％氯化钠为造孔剂和5～20wt％氢化钛为发泡剂，芯层原料粉末的造孔剂的粒度为小粒径(5～200μm)，壳层原料粉末的造孔剂的粒度为大粒径(200～400μm)；两种喂料均采用油-石蜡-聚烯烃粘结剂体系，其配方为按重量百分比，取聚乙二醇10-40％、植物油5-20％、聚乙烯15-30％、增塑剂1-10％，石蜡15-54％；芯壳层喂料粘结剂与原料粉末分别按体积38～56∶62～44配合；粘结剂与原料粉末混合均匀后，用制粒机对喂料制粒；共注射成形的工艺参数：以注射温度135℃～155℃，注射压力80MPa～100MPa，注射速度50～65％，模温30℃～60℃条件下，加工成坯件，得到所需形状的无缺陷注射生坯；