[实用新型]复合纳米多孔金属膜及包含其的过滤器

说明书

本实用新型涉及复合纳米多孔金属膜及包含其的过滤器。本实用新型提供一种用于过滤如超临界CO₂等流体的复合纳米多孔金属膜。所述复合纳米多孔金属膜一般包含：a)烧结粗糙层；b)中间层，其包括在烧结到粗糙层的烧结结构中接合的第一金属粒子和第二金属粒子；以及c)精细层，其包括在烧结到中间层的烧结结构中接合的第三金属粒子。

技术领域

本实用新型涉及用于过滤如超临界二氧化碳(CO₂)等流体的复合纳米多孔金属膜。

背景技术

二氧化碳(CO₂)在高于其临界温度(31.10℃，87.98℉，304.25K)和临界压力(7.39MPa，72.9atm，1,071psi，73.9巴)的温度和压力下作为超临界流体存在。超临界二氧化碳在工业中有许多用途，包含清洁和溶剂萃取应用。在一些应用中，超临界二氧化碳可用于电子和半导体制造行业，这需要极高的清洁度和材料纯度。在一个所述应用中，超临界二氧化碳可用于从半导体晶片去除光阻。在一个方面中，在半导体制造行业中使用的工艺流体的纯度通过过滤以去除污染物来维持。然而，用于运输、纯化和施加超临界二氧化碳的设备必须足够稳固以承受维持超临界状态中的二氧化碳所需的温度和压力。

适用作过滤器的多孔材料可通过模制和烧结含有纤维、树突状或球形前体粒子的粉末来获得。当前高效的全金属气体过滤器一般具有2个类别。第一个类别为由精细金属粉末制成的过滤器，所述精细金属粉末一般小于20微米且通常为1微米到3微米。实例为英特格(Entegris)“III”产品线的气体过滤器或莫特(Mott)“Gas”产品线的过滤器。第二个类别为由小直径金属纤维制成的过滤器，所述小直径金属纤维是直径为5微米或更小的纤维。此类别的实例为帕尔(Pall)“”产品线的过滤器和莫特“Defender”过滤器。

目前，可供与超临界CO₂一起使用的足够稳固的过滤器包含英特格“SC”产品线的过滤器。图3为包含具有不同标称孔径的四个“SC”过滤器(标记为“比较实例A-D”)的数据的图式。图3图示针对泡点(反映始终较小的孔径且因此较大过滤器选择率的量度)的渗透性(每单位面积的流量)。可看出，在这些目前可用的过滤器中，这两个所要特征之间存在平衡点。

存在对供与超临界CO₂一起使用的足够稳固的过滤器材料(其可提供增加的渗透性和增加的泡点两者)的需求。

实用新型内容

在第一方面中，制备复合纳米多孔金属膜的方法包括：a)提供烧结粗糙多孔层，其包括具有50到200微米的平均直径和第一烧结温度的第一金属粒子；b)向粗糙多孔层的外侧面施加具有1到5微米的平均直径和第二烧结温度的第二金属粒子；c)在低于第一烧结温度的温度下烧结以形成包括粗糙和中间层的结构；d)施用具有50到150纳米的平均直径和第三烧结温度的第三金属粒子的悬浮液；e)干燥第三粒子的悬浮液；f)按压第三粒子层；以及g)在低于第二烧结温度的温度下烧结以形成复合纳米多孔金属膜。根据第一方面的第二方面，其中第二粒子具有1到4微米的平均直径。根据第一或第二方面的第三方面，其中按压步骤包括第三粒子层的均匀正交压缩。根据前述方面中任一个的第四方面，其中第三粒子的悬浮液为在20℃下的表面张力小于30.0毫牛顿/米的溶剂系统中的悬浮液。根据前述方面中任一个的第五方面，其中第三粒子的悬浮液为一或多种醇和/或水的溶剂系统中的悬浮液。根据前述方面中任一个的第六方面，其中如通过IPA 泡点测试方法所测量，复合纳米多孔金属膜的泡点为207kPa(30PSI)或更大，并且如通过透气性测试方法所测量，复合纳米多孔金属膜的透气性为0.200slpm/cm²或更大。根据前述方面中任一个的第七方面，其中如通过IPA泡点测试方法所测量，复合纳米多孔金属膜的泡点为380kPa(55PSI)或更大。根据前述方面中任一个的第八方面，其中复合纳米多孔金属膜包括液体或超临界流体能够通过的孔。根据前述方面中任一个的第九方面中，其中第一、第二和第三金属独立地选自由不锈钢和镍组成的群组。本文中描述了本实用新型方法的额外实施例。