[发明专利]一种陶瓷Ti-Al合金复合膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种陶瓷复合膜的制备方法，尤其涉及一种陶瓷Ti-Al合金复合膜的制备方法。

背景技术：

各种膜材料有着自己的优点及不足，利用不同膜材料进行复合制备的复合膜可以使它们的优缺点得以相互补充，既保留了它们各自的优点，也克服了两者的缺点，复合膜的应用会使得膜的应用范围进一步扩大。其中多孔金属陶瓷复合膜(以多孔金属为载体，陶瓷为活性分离层)即保存了金属良好的焊接性，使膜组件易于密封连接，同时陶瓷活性分离层又具有耐高温，耐高压，化学稳定性好，抗污染，分离精度高等优点。但是，目前所广泛使用的金属支撑体(大多为不锈钢)耐酸腐蚀性差，抗高温氧化能力不够，耐氢脆性能差，热膨胀系数与陶瓷相差较大严重制约着其应用。

Ti-Al合金是典型的金属间化合物，由金属键和共价键共同构成，不仅具有金属的强韧性，高导电导热性，而且具有陶瓷的耐腐蚀性，耐高温性(特别温度高于600℃)。除此之外，相比较不锈钢，它的膨胀系数与陶瓷更接近，这样有利于复合膜的热稳定性。这些优点确保它能够应用于更苛刻的环境中。但是，一方面，由于金属表面疏水较难在上面直接制备陶瓷膜。另一方面，由于膨胀系数的差别，所制备的复合膜在高温下容易分层导致膜的破坏。

目前以Ti-Al合金为支撑体，陶瓷层为活性分离层的金属陶瓷复合膜的报道较少，我们小组周守勇首先利用电泳沉积结合浸浆法制备了TiO₂/Ti-Al合金复合膜，但是电泳沉积所制膜厚度均匀性较难控制，容易引入气泡使得膜不完整，并且两层之间由于膨胀系数差别很容易导致高温下复合膜的分层。

总之，以Ti-Al合金为支撑体，陶瓷层为活性分离层的金属陶瓷复合膜的报道较少，并且用其他一些方法所制备的陶瓷/Ti-Al合金复合膜操作繁琐耗时，并且容易发生膜层之间的分层而造成膜的稳定性问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种陶瓷Ti-Al合金复合膜的制备方法，此方法解决了膜层之间的结合力问题，简化了制备工艺。并且可以通过控制温度和时间来控制陶瓷膜的膜厚及孔径，制备一系列所需孔径的陶瓷膜。

本发明的技术方案为：在含氧气氛下，将多孔Ti-Al合金支撑体通过高温氧化使得表面原位氧化生成一层陶瓷膜，通过控制温度和时间制备一系列可调孔径的陶瓷Ti-Al合金复合膜。

本发明的具体技术方案为：一种陶瓷Ti-Al合金复合膜的制备方法，其步骤为：在含氧气氛下，将多孔Ti-Al合金支撑体在600～1000℃下烧结1～20小时，使得多孔Ti-Al合金支撑体表面以及接近表面的孔口原位氧化生成一层氧化铝和氧化钛混合陶瓷膜层，通过控制温度和时间来控制陶瓷膜的厚度以及孔径，制备一系列孔径的陶瓷Ti-Al合金复合膜。

其中所指的多孔Ti-Al合金支撑体可以是片式支撑体或者管式支撑体；其晶型至少为Ti₃Al、TiAl或TiAl₃中的一种；其孔径范围为50nm～15μm。

其中所指的含氧气氛为空气或者氧气。

在此基础上还可以继续制备陶瓷膜。所制备的陶瓷膜可以为氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化硅以及其中的两种或三种混合陶瓷膜。制备陶瓷膜的方法可以为溶胶-凝胶法、固态离子烧结法、浸浆法、旋涂法、电泳沉积法、以及其中两种或三种方法结合使用。

有益效果：

一方面，此方法制备工艺简单，解决了膜层之间的结合力问题，使得高温下所制备的陶瓷Ti-Al合金复合膜更稳定；另一方面，可以通过控制原位氧化的温度和时间来控制陶瓷膜的厚度以及孔径，制备一系列所需孔径的陶瓷/Ti-Al合金复合膜。

附图说明：

图1为未经过高温氧化的Ti-Al合金支撑体表面及断面SEM照片。

图2为未经过高温氧化的Ti-Al合金支撑体孔径分布图。

图3为在氧气中通过750℃原位氧化2小时后表面及断面SEM照片。

图4为在氧气中通过750℃原位氧化2小时后孔径分布图。

具体实施方式

本发明技术细节由下述实例加以详细描述。

实施例一：