[发明专利]一种Ti-Ti5Si3复合梯度多孔膜管的制备方法

说明书

本发明提供了一种Ti‑Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管的制备方法，该Ti‑Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管的制备方法制得的Ti‑Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管，包括支撑层，精度控制层，其特征主要在于利用限域内反应烧结获得Ti₅Si₃精度控制层。本发明所涉及的梯度膜管制备方法制备多孔膜管一次成型，成品率高，在保证过滤管透过性能的同时，可以根据需求调整Ti₅Si₃精度控制层的过滤精度。该新型过滤管可以应用在高端生物医药、污水处理、海水前级净化等领域，具有巨大的市场应用价值和潜力。

技术领域

本发明涉及一种多孔过滤管及其制备方法，具体涉及一种Ti-Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管的制备方法。

背景技术

微孔金属分离膜是一类具有明显孔隙特征的金属材料，由于孔隙的存在而呈现出一系列有别于金属致密材料的特殊功能。与有机及陶瓷多孔材料相比，金属多孔材料具有渗透性能好、孔隙与孔径可控、形状稳定、耐高温、抗热震、能再生、可加工等优点。随着现代工艺的发展，金属多孔材料呈现出了功能性强、应用面广、新品种不断涌现、使用空间不断拓展的景象。伴随而来的是对金属多孔材料的性能要求越来越高。目前，多种类的烧结金属多孔材料已广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业实现技术突破不可或缺的关键材料。

随着现代工业的快速发展，对过滤材料性能的要求越来越高，陶瓷或高分子多孔材料虽然具有优异的性能，但其相对于金属多孔材料小的通过性能，已经不能满足某些部门大透气、高精度的性能要求。因此，有必要研究一种大流量、高精度、可再生的新型多孔材料，来推动国内外过滤行业的发展。陶瓷材料自身脆性及基体同等精度条件下较低的透过性能是高精度非对称陶瓷多孔膜材料在实际应用中亟待解救的问题。非对称金属-陶瓷复合多孔膜材料可以很好的解决以上实际应用过程中遇到的问题，这也是国外多数研究机构采用金属-陶瓷复合的方式来制备高精度非对称多孔膜材料的原因。由于金属、陶瓷两种不同材质的特性，以及梯度层间的突变式过渡结构，导致该类材料在制备过程中陶瓷膜层与金属材料基体层的界面处应力集中明显，引起梯度层结合不牢固，或烧结变形、膜层起皮开裂。梯度多孔材料典型的制备方法是分层制备法，即将所用的原料粉末按设计的结构堆积成型，然后高温烧结形成冶金结合。

发明专利(CN103862053A)“烧结金属粉末过滤管的制备方法”公开了一种制备烧结金属粉末过滤管的制备方法，该方法提出用耐高温玻璃作为成型模具的外刚套，通过该方法可以制备外光型的金属粉末烧结滤芯。在使用该发明专利所涉及的烧结金属粉末过滤管的制备方法时，由于所制备的传统金属材料具有较高的烧结温度 (如不锈钢粉末、镍粉等材质时，往往需要烧结的温度高达1300℃)，在烧结成型时，金属粉末基体与耐高温玻璃烧结收缩率存在巨大差异，较大烧结应力差别致使耐高温玻璃发生爆裂，出现烧结金属粉末滤芯发生废品等问题。此外，该发明专利仅仅将耐高温玻璃作为简单的成型模具，并未涉及将高纯度石英管作为烧结过程中原材料的反应材料来制备金属-陶瓷梯度多孔膜材料，具有一定的应用局限性。

本发明专利拟通过材料界面的受限烧结、以膜层自身烧结膨胀与刚性膜之间的压应力抑制界面处应力集中，通过限域内高纯度石英管与金属钛基体之间的反应烧结，实现Ti-Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管的成型与制备。通过本专利制备的Ti-Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管，可以提高金属-陶瓷梯度多孔材料的服役性能，如具有高过滤精度性能兼具大通量，可以应用在高端生物医药、污水处理、海水前级净化等领域，具有巨大的市场应用价值和潜力。

发明内容