[发明专利]一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料制备技术领域，具体涉及一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法。

背景技术

传统的粉末冶金多孔材料均为对称结构，主要包括管状和片状元件，这种对称结构的多孔元件大多采用较粗的粉末经过冷等静压、挤压或模压方法成形后烧结而成，虽然过滤通量较大，但过滤精度较低，无法满足过滤和化工等行业的需求。

近年来，国内外学者通过湿法喷涂、溶胶-凝胶和离心沉积等方法在对称结构支撑体的表面成功制备出了一层孔径细小且过滤精度较高的微孔膜，将这种结构称为非对称型多孔材料（具有非对称结构的多孔材料）。与对称多孔元件相比，非对称型多孔材料优势是对流体中≤2μm亚微米级颗粒的过滤分离，在相同的过滤精度下，非对称型多孔材料的分离效率是常规多孔材料分离效率的5～10倍，使其展现出了广阔的市场前景。

针对非对称型多孔材料，国内外已经展开了相关的研究工作，其中喷涂法和离心沉积法是目前最具市场前景的成形方法。专利200810232585.4发明了一种离心沉积法制备非对称型多孔材料的方法，利用粉末浆料在离心力的作用下使得粉末沉积在多孔管内壁，然后烧结获得具有梯度结构的内壁膜材料，专利US2008/0081007A1利用粉末湿法喷涂技术制备金属外壁膜，获得了较好的效果。对多孔材料而言，目前主要的用途是用于过滤与分离行业，工况环境复杂多变，大多工况条件是高温、高压以及腐蚀性气氛，对于多孔材料的机械性能和耐腐蚀性能要求较高，粉末喷涂法和离心沉积法在制备非对称型多孔材料时均需先配置以有机物为主的粉末浆料，然后再通过离心或喷涂的方法实现膜层沉积，最后再经过特定的烧结工艺获得非对称结构的多孔材料，但烧结后有机物往往不能完全脱除，造成多孔材料中碳、氧和氮等元素含量大大增高，严重影响多孔材料的机械性能和耐腐蚀性能，并且以上方法在制备过程中会形成粉尘污染，对环境和操作者会产生严重危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法。该方法操作简便、绿色无污染，工作安全可靠且粉末可回收、加工效率高，适合于各种形状多孔材料表面非对称结构的制备，生产成本低廉，对生产设备的要求较低，适于大规模工业化生产。采用该方法制备的具有非对称结构的多孔材料过滤效率远高于传统多孔材料，可广泛应用于在石油化工、生物制药、食品饮料、水处理等工业领域。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用夹具将多孔支撑体固定于密闭的沉积室内，并使得多孔支撑体待沉积的一侧与位于沉积室一端的送粉器相连通，多孔支撑体的另一侧与位于沉积室另一端的真空泵相连通；

步骤二、向送粉器中添加待沉积的粉末原料；

步骤三、开启真空泵使得多孔支撑体两侧的压差为200Pa～5000Pa，然后打开送粉器，通过气体将送粉器内的粉末原料输送至多孔支撑体待沉积的一侧，利用多孔支撑体两侧的压差使粉末原料沉积于多孔支撑体表面；

步骤四、沉积完成后关闭送粉器，然后关闭真空泵，将沉积后的多孔支撑体取出后烧结，得到具有非对称结构的多孔材料。

上述的一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法，步骤一中所述多孔支撑体为金属多孔支撑体或陶瓷多孔支撑体。

上述的一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法，步骤三中所述气体的流量为1m³/h～50m³/h。

上述的一种具有非对称结构的多孔材料的制备方法，步骤三中所述沉积的时间为0.5min～30min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的成形原理是利用气流将粉末原料输送至多孔支撑体表面，在多孔支撑体两侧压差的作用下，多孔支撑体会对含尘气流进行净化使得粉末原料在多孔材料表面形成“滤饼”，随着沉积过程的进行“滤饼”持续增厚，从而在多孔材料表面形成非对称的膜层结构。

2、本发明的加工过程中无任何有机物添加，绿色无污染，保证了多孔支撑体优良的机械性能和耐腐蚀性能，同时本发明对粉末原料的利用率高，并且不会对操作环境和操作者产生任何危害。

3、本发明的方法膜层材质不受限制，适合于多种材质膜层的制备，如不锈钢粉、钛粉、镍粉、钛合金粉、镍合金粉、FeAl合金粉以及常见金属氧化物粉末，如氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化铬、二氧化钛等。