[发明专利]一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)配制粒径连续变化的金属、陶瓷混合粉体的悬浮溶液；(2)利用粒径不同粉体沉降速率不同，在多孔基材表面获得梯度复合膜；(3)对梯度复合膜进行热处理和烧结，获得多孔陶瓷金属梯度复合膜。根据本发明的方法制备的多孔陶瓷金属梯度复合膜具有连续的孔径分布梯度，有利于减缓膜层在烧结过程中由于不同部位收缩程度不同造成的开裂，提高膜层的质量。另外，膜层一次成膜，工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，属无机膜材料及应用领域。

背景技术

膜过程是工业上气体分离、液体分离、化学产品和生化产品分离和纯化的重要过程，广泛应用于大规模空气分离、工业污水处理、冶金、石化、食品、医药、生物技术等领域。无机膜是固态膜的一种，是由无机材料，如金属、陶瓷、玻璃等制成的半透膜。与聚合物膜相比，无机膜具有化学稳定性好、热稳定性好、机械强度高等优点。随着工业上对多孔无机膜材料性能、寿命、成本等各方面的要求，高精度、高效率、使用成本低、多功能化是多孔无机膜材料的发展趋势。近年来，非对称多孔陶瓷膜由于其过滤精度高、透气系数大等优点得到研究人员的广泛关注。

近些年来，采用多孔金属及多孔陶瓷制备两层膜层作为微滤膜的技术受到了广泛的关注。CN201410082914.7公开了一种具有梯度孔的非均质复合陶瓷及制备方法，在多孔金属支撑体上分三层沉积了粒径逐渐递减的金属陶瓷混合粉体浆料作为膜层，最终在上面沉积了一层微孔滤膜层。通过多层膜层实现了多孔基材的减孔和微孔过滤膜的制备，但在膜层之间仍有一定的粒径跨度，在烧结过程中由于热收缩率的差异容易形成缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，以减少烧结过程中膜层收缩率不同引起的针孔、开裂等缺陷。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制粒径连续变化的金属、陶瓷混合粉体的悬浮溶液；

(2)利用粒径不同粉体沉降速率不同，在多孔基材表面获得梯度复合膜；

(3)对梯度复合膜进行热处理和烧结，获得多孔陶瓷金属梯度复合膜。

其中，在所述步骤(1)中，悬浮溶液中金属与陶瓷粉体的体积比为1∶10～10∶1，混合粉体占悬浮液的体积比为10％～80％。所述步骤(1)中配制悬浮溶液所用的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、松油醇、异丙醇、氯仿、水、苯、氯苯、石油醚、四氯化碳、乙酸乙酯中的一种或几种；所用的粘结剂为甲基纤维素、乙基纤维素、聚四氟乙烯、PVDF、PVA、PVB、阿拉伯树胶中的一种或几种；所用的表面活性剂为PEI、CTAB、十二烷基硫酸钠、苯磺酸钠中的一种或几种。

其中，在所述步骤(2)中，通过离心或重力沉降的方法形成粉体沉降速率的不同。

其中，在所述步骤(3)中，热处理温度和气氛取决于所用有机添加剂、金属及陶瓷粉体烧结温度，烧结气氛为真空、惰性或还原性气氛，烧结温度为900-1100℃，时间为5-60min。

其中，所述金属粉体的粒径范围为在0.1到50μm之间，粉体的D90介于基底表面孔径的1/50到1/5之间，径距即(D90-D10)/D50大于1；所述陶瓷粉体的粒径范围在0.01到5μm之间，陶瓷粉体的D90介于金属粉体D90和D10之间，D10小于金属粉体的D10，径距即(D90-D10)/D50大于1。

其中，所述金属粉体为镍、铁、铝、钛、钛合金、镍钴基合金、不锈钢中的一种或几种。所述陶瓷粉体为Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZrO₂、YSZ中的一种或几种。