[发明专利]具有星型截面的金属滤芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金制品领域中的金属滤芯及其制备方法，具体涉及一种具有复杂星型截面的金属滤芯及其制备方法。

背景技术

金属粉末多孔材料是一种具有特殊孔隙特性和金属结构强度的综合性能优异的一种功能材料。金属粉末多孔材料孔形稳定、孔隙度及孔径可控、力学性能好、耐高温抗热震，焊接性能优良。广泛应用于核能开发、石油化工、能源环保、国防军工和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体管理、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业技术发展不可或缺的关键材料。

核燃料生产过程中使用的金属多孔过滤材料直接与核物质接触，失效之后需要进行处理。因此滤芯的体积越小，有效过滤面积越大，相应辅助设施会越小，失效退役之后的处理就更方便。此次星型结构的粉末滤芯在增加通量的同时还减小了体积，在核能开发领域具有重要的应用前景。

目前，烧结金属粉末滤芯大多采用圆形截面，其常规工艺流程为等静压或者粉末轧制。目前报道的折波星型截面主要是纤维毡滤芯，由于粉末星型粉末烧结滤芯结构复杂，模具设计与加工困难，国内还很少有涉及。

虽然中国专利ZL 200420048154.X公开了一种星型包夹式速换过滤芯，该滤芯的制作方式为首先用实用金属做成一个星型的框架式结构，然后再在框架外表面固定一层滤网，框架起支持作用，滤网起过滤作用，但由于其滤网是包裹在星型框架上，所以其强度不够。

发明内容

本发明的目的是针对过滤与净化行业提供一种结构紧凑，通量高，安全性好的粉末烧结滤芯的制备方法。

根据上述目的，本发明设计了星型截面粉末烧结金属滤芯，其特点在于：该粉末滤芯通过特殊的模具设计，截面采用折波的星型结构，一次等静压成型密封下端面及上端面密封法兰结构，没有焊接，安全系数高，整体强度好，相比传统的圆形截面过滤管，有效过滤面积增加1～2倍。星型截面滤芯外径φ50mm～φ200mm，平均孔径为3-35μm。

根据星型截面粉末烧结金属滤芯的设计理念，其制备工艺步骤为：

1)粉末筛分：

将粉末进行筛分定级，粉末粒度为-100+500目；

2)等静压成型：

将一定粒度的粉末原料以松装比重2.0-2.8g/cm³，填入相应的模具，在振动台上振实，再采用冷等静压机成形，成形压力为100-300MPa，保压时间为10-30min。

3)真空/氢气高温烧结：

采用真空/氢气高温烧结炉，对脱模后的生坯进行烧结，烧结温度为1100-1350℃，保温时间为1-4小时，真空度＜1.0×10^-1Pa。

通过上述工艺步骤，完成了一支完整的具有星型截面的金属滤芯的制备。

即，本发明提供一种通过粉末烧结得到的具有星型截面的金属滤芯，所述星型截面采用折波的星型结构，所述星型结构具有5角以上～12角以下的角数。

在上述具有星型截面的金属滤芯中，优选：所述金属滤芯具有一体成型得到的密封下端面和上端面密封法兰。

在上述具有星型截面的金属滤芯中，优选：所述粉末的材质为不锈钢316、316L、304、304L、310S、904L、Inconel合金、Monel合金、FeCrAl合金、铁铝金属间化合物中任一种。

在上述具有星型截面的金属滤芯中，优选：所述金属滤芯的管径φ50～φ200mm。

在上述具有星型截面的金属滤芯中，优选：所述金属滤芯的平均孔径为3～35μm，渗透率为(0.5～10)×10^-4L/cm²·Pa·min。

在上述具有星型截面的金属滤芯中，优选：所述金属滤芯与管板的连接方式为所述金属滤芯的上端面密封法兰与所述管板压紧密封。

本发明的另一侧面提供一种具有星型截面的金属滤芯的制备方法，该金属滤芯是上述的具有星型截面的金属滤芯，该制备方法包括：粉末筛分步骤：选取粉末粒度为-100+500目的粉末原料；等静压成形步骤：将所述粉末原料以规定松装比重填入相应的具有星型截面的管状模具，将管状模具内的所述粉末原料振实并采用冷等静压机直接成型得到滤芯生坯；和真空/氢气高温烧结步骤：采用真空高温烧结炉或者氢气高温烧结炉，对脱模后的滤芯生坯进行烧结得到所述金属滤芯。