[发明专利]可烧结耐火金属氧化物或硅石的多孔膜和其制法

说明书

本发明涉及由烧结的耐火金属氧化物，例如氧化铝、二氧化钛、氧化锆和氧化钨等，或硅石制成的多孔膜，以及形成该类膜的方法。

抗高温的陶瓷材料（如上面所提材料）所制得的薄多孔膜现广泛运用于各种用途。例如，它们可用作为高温滤器或催化剂载体。这类烧结的产品能通过将由陶瓷材料颗粒疏松结合制成的成形产品加热至烧结温度来制备。但是这种操作常常难以控制产品的孔隙度，并且由于该产品容易发生破裂，造成制备薄膜困难。

制备具有微米级孔陶瓷膜的最通用方法是溶胶-凝胶技术，例如在Futuretech，38，P9，1987年7月27日（美国，新泽西州，恩格尔伍德，Technical    Insights，Inc.出版）中所揭示。制备具有埃级孔膜的另一种方法是采用铝或铝合金的阳极氧化，例如这揭示于日本公开专利申请（Kokai）号6171804，1986年4月12日，Toyo    Soda    Mfg.Co.Ltd.，和日本公开专利申请（Kokai）号60    177，198，1985年9月11日，Nippon    Sheet    Glass    Co.Ltd.。

本发明目的之一是供提一种由陶瓷材料制备薄多孔膜的改良方法。

本发明是基于能通过下列步骤制得烧结多孔膜进行研究的，即先将硅石或金属氧化物的细颗粒分散到一种合适的聚合物中。接着在这最后步骤中，采用非氧化气氛，对相对于聚合物衍生所得碳的化学计算量过量的氧化物粒子进行偶合。从而能以这相对简单而又有效的方法获得孔隙度控制的烧结结构。

本发明提供了一种由金属氧化物或硅石制备多孔膜的方法，本方法包括：将选自金属氧化物，硅石和其混合物的粉末材料分散于一种有机聚合物中，其中硅石或金属氧化物的使用量比下步加热步骤中用于同来自聚合物的碳进行反应的量要多;加工分散体呈所需的薄片形状;在非氧化气氛中加热碳化聚合物;在只要不含有氮气或氮气含量低到不引起无孔隙产品形成的非氧化气氛中，加热所得产品至这样一个就度，在该温度时，碳同一些氧化物反应，而余下未反应氧化物颗粒一起熔结。

本发明还涉及用上述方法所制得的多孔膜。

在本发明中，除了可单独使用硅石或各自的金属氧化物外，还可使用硅石和一种或几种金属氧化的混合物，或二种或几种金属氧化物的混合物。

本发明的方法能制备出呈片、条、空心管形状，并总厚度直至约5mm的多孔膜。

在本发明中，利用这样一个事实，即在非氧化气氛中，硅石和某些金属氧化物同碳高温反应能形成挥发性产物。例如，氧化铝同碳按下式进行反应：

反应温度时的Al₂O₂（下文称为亚氧化物）和一氧化碳都为挥发性的，因此能从反应起始物料中除去。如果氧化铝与碳的比足够高到氧化铝呈化学计算量过量，并且反应温度达到氧化铝的熔结温度时，一些氧化铝将会同碳反应，使得在余下的过量的（未反应）氧化铝中留下气孔或孔隙，并且这余下的氧化铝颗粒一起熔结形成多孔膜。通过改变氧化铝和碳的比例，能够改变和控制所得产物的孔隙度。

在采用1重量单位碳与约8.5重量单位氧化铝进行反应时，可以看到只需要很少量的碳就能制得高孔隙度的膜。通常来说，氧化铝与碳之比为10-20∶1。起始物料中氧化铝同聚合物的重量之比取决于聚合物的碳产生率，即碳化步骤中，1单位重量的聚合物产生的碳量（重量）。虽然不同的聚合物具有不同的碳产生率，但这些值能容易地测定得到或其本身是已知数值。

本发明方法不仅能用氧化铝来进行，而能用硅石或任何耐火金属氧化物来进行，其包括（a）在一种非氧化气氛中和高温下，与碳反应制得一种挥发性产物（例如亚-氧化物）和一种气体氧化碳，（b）在反应温度下熔结。这类金属氧化物的例子为氧化锆、氧化钛、硅石、氧化镱、氧化钨等。实际上，周期表中第3和第4族的金属氧化物通常也是满意的。这些氧化物的一些是按下所示进行反应：