[发明专利]一种多孔玻璃膜管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料制备领域，具体涉及一种多孔材料及其制备方法。

背景技术

近几年，多孔材料的研究、制备及应用得到了很大的发展，因为其相对于普通密实材料具有密度小、质量轻、比表面积大、阻尼性能好的优点，因此多孔材料凭借其优异的物理、力学性能已经成为一种优秀的工程材料，具有功能和结构的双重属性，是一类具有巨大应用潜力的功能结构材料。多孔材料的应用涉及医学、环保、冶金、吸振、热交换、电化学等诸多场合。

目前的多孔材料多是玻璃与陶瓷的结合物。玻璃陶瓷传统的制作方法是将玻璃与陶瓷的粉末状物长时间加热共熔而成，这种方法能耗高、工艺复杂，制备出来的多孔玻璃材料成本较高、管壁偏厚，而且管径大，流体阻力大。传统多孔材料细长管的壁厚一般在2mm以上，管子外径在15mm以上，难以用于液体分离和混合的环保领域。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种管壁薄、管径较小的、强度高的多孔玻璃膜管，同时提供该膜管的制造方法。

本发明的技术方案是，一种多孔玻璃膜管，所述多孔玻璃膜管包括70％-95％质量百分比的玻璃粉末和5％-30％的金属合金粉末；

所述玻璃粉末中包括SiO₂ 63-72重量份、Al₂O₃ 1-5重量份、As₂O₃ 19-24重量份、B₂O₃ 19-25重量份、K₂O 3-6重量份和Na₂O 2-5重量份；所述金属合金粉末为铜锡合金或铝合金；

所述多孔玻璃膜管的壁厚为0.5mm-1.5mm。

本发明所研制的多孔玻璃膜管的壁厚为0.5mm-1.5mm，现有技术中的多孔材料膜管壁厚尺寸一般在2mm以上。而本发明的膜管壁厚尺寸最小可以做到0.5mm。

考虑到合金粉末与玻璃粉末的粘结的强度和材质的兼容性，所选用的合金粉末粘结温度需要与玻璃粘结温度接近。因此，铜锡合金粉末和以铝粉末为主的铝合金是最佳选择，金属铝粉末熔点在685℃，铜锡合金粉末不但可以粘结玻璃粉末，而且微量铜合金粉末还起到了成核剂的作用，注意的是加铜合金粉末在热处理时需要气氛保护。

添加金属合金粉末的目的可以适当调节孔隙率和微孔直径，增加成品多孔膜管的强度和韧性，壁薄膜管在燃烧成品时不易产生裂纹，成品率高。

优选的是，所述铜锡合金包括70％-95％质量百分比的铜。

进一步地，所述玻璃粉末中还可包括：Fe₂O₃ 0.05-0.15重量份、MgO 0.02-0.05重量份、SrO 0.005-0.02重量份、CaO 0.04-0.15重量份、TiO₂ 0.003-0.03重量份。

进一步地，在一个优选的实施方案中，所述多孔玻璃膜管的孔隙率可为20％-60％。

本发明还提供了上述多孔玻璃膜管的制备方法，该方法按以下步骤进行：

(1)将上述玻璃粉末中各成分在空气中球磨混合成粉径小于80目的玻璃粉末；

(2)将玻璃粉末和上述金属合金粉末混合均匀，装入模具中使粉末呈自然疏松状；

(3)轻微震动至所需密度的高度，使粉料不再下降；

(4)将模具轴向加压至粉末紧实；

(5)将含有玻璃混合粉末的圆锥形模具埋入纯氧化铝粉末中，放入热处理炉中烧结，模具热处理结束后气化，玻璃混合粉末经过烧结后形成多孔玻璃复合材料膜管。

优选的是，所述烧结热处理工艺为：从室温加热到500℃区间升温速度为0.5-2℃/min；在温度区间500℃-600℃之间的升温速度为4-6℃/min，在转变温度区间600℃-620℃之间的升温速度为1-2℃/min，在620℃-650℃为成核温度区间，升温速度控制在2.5-3.5℃/min，在650℃-720℃温度区间，升温速度控制在5-10℃/min，然后温度降至在620℃-650℃为成核温度区间，成核温度区间经过保温0.5-3小时，然后随炉冷却。

在成核温度区间保温可以使玻璃粉末粘结性能更稳定，强度更好。该热处理工艺可以使膜管的金属粉末与玻璃粉末充分粘结在一起，使膜管强度性能更好。