[发明专利]一种Ti-Ti5Si3多孔内壁梯度膜管制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种Ti‑Ti₅Si₃多孔内壁梯度膜管制备方法及其应用，该Ti‑Ti₅Si₃多孔内壁梯度膜管的制备方法制得的Ti‑Ti₅Si₃多孔内壁梯度膜管，包括外部支撑层和内壁精度控制层，其特征主要在于利用限域内反应烧结获得内壁Ti₅Si₃多孔精度控制层。本发明所涉及的梯度膜管制备方法制备多孔膜管成型过程一次成型，成品率高，在保证过滤管高过滤精度的同时，可以根据需求改变支撑层钛金属粉末的粒度组成实现该内壁梯度膜管的过滤通量调整。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梯度膜管及其制备方法，具体涉及一种Ti-Ti₅Si₃多孔内壁梯度膜管制备方法及其应用。

背景技术

梯度金属多孔基复合材料具有孔径尺寸或孔隙率呈梯度变化的特征，相比于均质多孔材料，它具有更加优异的性能。随着工业的高速发展，对多孔材料的要求也越来越高，在应用较多的过滤分离领域尤为如此：它要求材料具有更小孔径尺寸的同时，也要求材料具有更高的过滤精度和更大的透过率，这使得传统的均质多孔材料难以达到预期要求，而梯度多孔材料的出现可以很好的解决这一矛盾。梯度金属多孔材料具有非对称孔结构，即孔径或孔隙度沿厚度方向呈梯度变化，也叫非对称金属多孔材料或微孔金属膜，它可以同时实现小孔径和大透过率，应用在过滤分离领域可以极大地提高过滤精度和过滤效率。

目前国内外可用于工业生产的粉末烧结无机多孔材料包括陶瓷多孔材料和金属多孔材料。对于这两类多孔材料的制备，其孔隙的形成主要来源于原料粉末之间存在的间隙以及预先添加造孔剂并脱除的过程。陶瓷多孔材料具有耐高温高压和耐腐烛等性能，但其室温力学性能、焊接性能和密封性不足，制约了其应用领域。而金属多孔材料则相反，具备较好的室温力学性能和燥接、密封性能，但是由于金属材料本身的特性导致现有制备成型工艺不能获得高精度(过滤精度大于0.1um)金属多孔膜材料，从而限制了金属多孔材料在各个领域的应用。

针对上述问题，具有梯度孔径结构的多孔陶瓷材料首先被研制开发出来，经过一定时间的研究发展，现已在能源环保、医药、化工、热障涂层等领域得到了广泛的应用。但梯度多孔陶瓷材料存在一系列的不足，如制备和烧结过程相对困难，造价相对昂贵并容易产生缺陷。因此人们开始在金属材料领域寻找和制备具有梯度多孔结构的材料并扩大其应用范围以及提高其过滤精度和过滤效率。随着梯度孔径多孔金属-陶瓷的研发，多孔材料的结构与应用又进一步得到了提升。

发明专利(CN108188403A)“一种Ti-Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管的制备方法”公开了一种Ti-Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管的制备方法，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Ti-Ti₅Si₃复合梯度多孔膜管，该梯度膜管梯度膜层在多孔膜管的外表面，并未涉及梯度膜管梯度层在内表面的制备及制备方法，具有一定的应用局限性。本发明专利是该项发明专利所涉及的制备工艺及方法的有效补充，可极大的扩展该类产品材料的种类，以及其应用范围。

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芯棒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刚性芯棒与金属多孔钛基体之间的反应烧结，实现Ti-Ti₅Si₃多孔内壁梯度膜管的成型与制备。通过本专利制备的Ti-Ti₅Si₃多孔内壁梯度膜管，可以提高金属-陶瓷梯度多孔材料的服役性能，扩展现有该类材料的使用范围，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