[发明专利]粉末烧结金属多孔体、过滤元件及改善其渗透性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末烧结金属多孔体、应用该粉末烧结金属多孔体的过滤元件以及改善粉末烧结金属多孔体渗透性的方法。

背景技术

在无机膜分离领域，粉末烧结金属多孔材料是一种主要的过滤材料。通常来讲，孔结构和化学稳定性是这类材料最为重要的技术指标。其中，孔结构是影响材料过滤精度、渗透性能和反冲再生能力的关键因素，它由粉末烧结金属多孔材料制备中的成孔方式决定；化学稳定性则是影响材料在特定体系下耐腐蚀性等的关键因素，它由物质本身的化学特性决定。

目前，已应用在粉末烧结金属多孔材料制备中的成孔方式主要有：第一，通过化学反应成孔，其原理是基于不同元素本征扩散系数的较大差异所引起的偏扩散效应，使得材料中产生Kirkendall孔隙；第二，通过原料粒子物理堆积成孔；第三，通过添加成分脱出成孔。基于上述不同成孔方式所生成的烧结多孔材料往往具有差异化的孔结构。

随着膜分离技术的发展，对粉末烧结金属多孔材料的性能也提出了越来越高的要求。开发具有优异的孔结构和化学稳定性的粉末烧结金属多孔材料已成为现实需要。为了开发这种具有优异孔结构和化学稳定性的粉末烧结金属多孔材料，既要求寻找到理想的合金成分，又要探索与之相应的成孔方式。本发明即在这样的技术背景下，提出以下发明创造。

发明内容

首先，本发明所要解决的技术问题是提供一种综合性能较好，尤其对氢氟酸具有良好的耐腐蚀性的粉末烧结金属多孔体及应用它的过滤元件。

本发明的粉末烧结金属多孔体，其孔隙率为25～60%，平均孔径为0.5～50μm，且该粉末烧结金属多孔体由占该粉末烧结金属多孔体23～40%重量的Cu、0～5%重量的Si以及余下重量的Ni构成，在质量分数为5%的氢氟酸溶液中室温浸泡20天后的失重率为1%以下。

上述粉末烧结金属多孔体可以仅由Cu、Ni两种元素构成，此时，该粉末烧结金属多孔体的物相为(Cu,Ni)固溶体。

上述粉末烧结金属多孔体也可以由Cu、Si、Ni三种元素构成，此时，Si在该粉末烧结金属多孔体中的重量百分含量应不超过5%。其中Si的重量百分含量可进一步优选为0.5～4%。

在粉末烧结金属多孔体中添加Si，可以提高粉末烧结金属多孔体的抗腐蚀性能，尤其是在氧化性介质体系中的抗腐蚀性能。若Si超过5%，会增大材料的烧结难度。

本发明中的术语“粉末烧结金属多孔体”是指将原料粉先后经过成型、烧结从而制备得的金属多孔体。上述粉末烧结金属多孔体中，Cu、Ni既可以通过掺入原料粉中的Cu元素粉和Ni元素粉而引入该粉末烧结金属多孔体，也可以通过原料粉中的Cu-Ni合金粉而引入粉末烧结金属多孔体。

然而，本发明强烈建议采用Cu元素粉和Ni元素粉的方式。通过试验令人惊异的发现，当采用Cu元素粉和Ni元素粉时，烧结时Cu、Ni之间因相互扩散导致所得粉末烧结金属多孔体的曲折因子达到1.02～1.25。而采用Cu-Ni合金粉时，所得粉末烧结金属多孔体的曲折因子仅为1.6以上。

“曲折因子”是除孔隙率、平均孔径外，反映材料孔结构的又一重要的结构参数，其是用流体流过多孔体的最短距离与多孔体厚度的比值来定义，表征了多孔体中三维连通孔隙的弯曲程度。曲折因子越接近1，说明流体流过多孔体的最短距离越小，渗透速度越快。因此，在接近的孔隙率和平均孔径的条件下，采用Cu元素粉和Ni元素粉的方式得到的粉末烧结金属多孔体具有显著提高的渗透性能和反冲再生能力。

显然，鉴于上面已经揭示出Cu元素粉、Ni元素粉与曲折因子之间的关联，因此，本发明还将附带提供一种改善粉末烧结金属多孔体渗透性的方法：所述粉末烧结金属多孔体的孔隙率为25～60%，平均孔径为0.5～50μm，并由23～40%重量的Cu、0～5%重量的Si以及余下重量的Ni构成；其中，Cu、Ni分别通过掺入原料粉中的Cu元素粉和Ni元素粉而引入到该粉末烧结金属多孔体中，所述的原料粉先后经过成型、烧结从而制备得到粉末烧结金属多孔体，烧结时，Cu、Ni之间相互扩散导致粉末烧结金属多孔体的曲折因子达到1.02～1.25。

本发明所提供的的过滤元件为一种含有上述的粉末烧结金属多孔体的过滤元件。“含有上述的粉末烧结金属多孔体”具体是指，该过滤元件可以由上述粉末烧结金属多孔体所构成；或者，上述粉末烧结金属多孔体仅作为该过滤元件的支撑层，该支撑层的表面还附着有用于过滤的工作层等情况。