CN101433808A - 一种金属多孔膜管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属多孔膜管及其制备方法，在较大孔径的多孔金属支撑管内壁附着一层细孔精度控制层，所述精度控制层的厚度小于500μm，孔径小于10μm。制备过程为：将粉末和分散剂混合配成料浆；用塑料包覆支撑管外壁，密封一端，将配好的料浆从另一端装入多孔金属支撑管中，然后密封多孔支撑管另一端，将多孔支撑管固定在离心筒体内；启动离心分级沉积机，将带有细孔层的多孔支撑管从离心筒体中取出，干燥，烧结，得到成品膜管。本发明金属多孔膜管可以同时实现高过滤精度和大透过量；制备方法简单，可以避免烧结后精度控制层出现裂纹、起皮或局部脱落等现象。

Description

一种金属多孔膜管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属多孔管及其制备方法，具体涉及一种用于石油、化工、能源、环保、食品、制药等领域的过滤、分离、流体分布、传质传热的金属多孔膜管及其制备方法。

背景技术

金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属材料(孔隙率最大可达98％)，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，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。

随着现代工业技术的发展，对金属多孔材料的要求越来越高。在过滤分离领域，要求过滤精度高、透过性能好。而多孔材料的透过性能与过滤精度和材料的厚度成反比，国标GB/T6886中，过滤精度5μm(效率为99.9％)的多孔材料，相对透气系数为18m³/(m²·KPa·h)，远不能满足大透过量的要求。要保证过滤精度的同时提高透过性能，采用梯度孔结构是首选方案，即将精度控制层的厚度尽可能减小。这种梯度孔结构的金属多孔材料也称为金属多孔膜材料。

通常，金属多孔膜由2～3层不同孔径层构成，粗孔层是支撑层，一般有2～5mm厚，主要是保证材料有一定的强度和大的透过量，细孔层是精度控制层，厚度在10～500μm范围，孔径在0.01～10μm之间。德国GKN公司制备的金属多孔膜管的过滤性能最好，过滤精度3μm(效率为98％)时的相对透气系数为68m³/(m²·KPa·h)，该膜管是采用湿粉喷射沉积(wet powder spraying)成膜技术。该技术难于控制精度控制层的厚度和精度控制层的均匀性，而且当支撑体的孔径较大，精度控制层孔径较小时，烧结后精度控制层易出现裂纹、起皮或局部脱落等现象，往往需要制备一个过渡层甚至多个过渡层避免以上现象发生。国内隋贤栋等发明了用离心成形方法制备多孔无层界梯度金属膜管(CN1686599A)，实现了精度控制层的均匀与孔结构的梯度变化。但膜管是在致密管内壁一次成型后从致密管中脱除，厚度为1～5mm，太薄坯料不能脱出，太厚时管内外壁烧结收缩不能同步或降低膜管的透过性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以同时实现高过滤精度和大透过量的金属多孔膜管。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属多孔膜管，其特征在于在较大孔径的多孔金属支撑管内壁附着一层细孔精度控制层，所述精度控制层的厚度小于500μm，孔径小于10μm，过滤精度为3μm以上，相对透气系数大于70m³/m²·h·Kpa。

本发明的另一目的是提供一种烧结后精度控制层不会出现裂纹、起皮或局部脱落等现象的金属多孔膜管的制备方法，其特征在于制备过程为：

步骤一、根据多孔金属支撑管的孔径和精度控制层孔径的要求，选择粒度为2.7μm不锈钢粉末或-500目钛或镍粉末，将所述粉末和分散剂混合配成料浆，料浆中的粉末浓度为0.05-0.1g/mL；分散剂为聚乙烯醇胶体，所述胶体是由聚乙烯醇和水按照1～10∶100的质量比配制而成。

步骤二、用塑料包覆多孔金属支撑管外壁，密封多孔金属支撑管一端，将步骤一配好的料浆从多孔金属支撑管另一端装入多孔金属支撑管中，然后密封多孔金属支撑管另一端，将多孔金属支撑管固定在离心分级沉积机的离心筒体内；

步骤三、启动离心分级沉积机，旋转速度在3000-6000转/分，旋转时间100-300分钟；

步骤四、将带有离心沉积细孔层的多孔金属支撑管从离心筒体中取出，干燥，烧结，得到成品膜管。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明金属多孔膜管为带支撑体的内壁多孔膜管，精度控制层厚度小于500μm。

(2)本发明的金属多孔膜管具有高精度、大透过量，过滤精度为3μm时的相对透气系数大于70m³/m²·h·Kpa。

(3)本发明的成形方法利用离心沉积技术，离心过程中料浆中的粉末依据重量不同由粗粉到细粉依次沉积，精度控制层孔径的梯度可通过粉末粒度及粒度组成来控制，精度控制层厚度可以通过粉末重量来控制。

(4)本发明方法根据精度控制层孔径大小与支撑管孔径大小的情况，配置粉末粒度，形成由多孔支撑体与过滤精度控制层组成的整体膜管。

(5)本发明方法制备的精度控制层均匀，烧结后与支撑体结合牢固，克服了其他制备技术常见的烧结起皮、脱落等现象。

(6)本发明方法适合于制备粉末钛或钛合金、不锈钢、镍及镍合金等，亦适合于制备微孔陶瓷膜，如果用亚微米级和纳米级粒度的粉末，可以用于成型亚微米级和纳米级孔径的金属多孔膜。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明内壁膜管的微观组织示意图。

具体实施方式

一种金属多孔膜管的制备方法，选用较大孔径的金属多孔管作为支撑体，根据支撑体的孔径和精度控制层孔径要求选用特定粒度分布的粉末，将多孔支撑体固定于离心筒体内，将粉末配成料浆放入支撑体内腔中，启动离心设备，料浆中的粉末颗粒在离心力的作用下，分级沉积在多孔支撑基体内壁，形成梯度的精度控制层结构。将带有离心沉积细孔层的多孔支撑体从离心筒中取出，干燥，烧结，得到微孔金属膜管。其制备过程的工艺步骤依次为：a.根据最终膜管的透气和孔径要求，选用具有特定孔径的金属多孔管作为支撑体，将具有特定粒度分布的粉末配制成浆料；b.将多孔支撑管外壁用塑料包覆，密封一端，将配好的料浆装入多孔金属支撑管中，密封另一端，将多孔支撑体放入离心筒体内；c.启动离心沉积设备，旋转速度为3000～6000转/分，时间为100～300分钟；d.离心沉积完毕后，将多孔支撑体连同离心沉积的细孔精度控制层从离心筒体中取出，干燥，烧结，得到成品多孔金属膜管。

实施例1

称量粉末粒度为2.7μm不锈钢粉末80g，配制粉末悬浮浆料，将孔径为25μm，透气为130m³/(m².h.Kpa)的多孔支撑管外壁用塑料包覆，密封一端，将配好的料浆从另一端装入多孔金属支撑管中，然后密封多孔支撑体另一端，固定在离心筒体内。启动离心沉积设备，旋转速度由0调到6000转/分，时间300分钟。制得的不锈钢膜，其显微组织如图1所示，采用PMI毛细管流动分析仪测试精度控制层的中流量平均孔径为4.2μm，采用FBP-3I型多孔材料测试仪测试滤管的相对透气系数为100m³/(m².h.Kpa)，用扫描电镜观察膜层厚度为100μm。

实施例2

步骤同实施例1，多孔不锈钢支撑管孔径为25μm，透气为130m³/(m².h.Kpa)，称量2.7μm不锈钢粉末40g，配制不锈钢料浆，制取的多孔不锈钢膜管，采用PMI毛细管流动分析仪测试精度控制层的平均孔径为4.7μm，采用FBP-3I型多孔材料测试仪测试滤管的相对透气系数为120m³/(m².h.Kpa)，用扫描电镜观察膜层厚度为50μm。

实施例3

步骤同实施例1，多孔支撑钛管孔径为15μm，透气为70m³/(m².h.Kpa)，称量-500目钛粉末40g，配制钛粉料浆，制取的钛多孔膜管，采用PMI毛细管流动分析仪测试精度控制层的平均孔径为0.7μm，采用FBP-3I型多孔材料测试仪测试滤管的相对透气系数为70m³/(m².h.Kpa)，用扫描电镜观察膜层厚度为100μm。

实施例4

步骤同实施例1多孔镍支撑管孔径为25μm，透气为90m³/(m².h.Kpa)，称量-500目镍粉末40g，配制镍粉料浆，制取的镍多孔膜管效率为99.9％时的过滤精度为3μm，透气为70m³/(m².h.Kpa)，用扫描电镜观察膜层厚度为100μm。

Claims (2)

1.一种金属多孔膜管，其特征在于在较大孔径的多孔金属支撑管内壁附着一层细孔精度控制层，所述精度控制层的厚度小于500μm，孔径小于10μm，过滤精度为3μm以上，相对透气系数大于70m³/m²·h·Kpa。

2.一种制备如权利要求1所述金属多孔膜管的方法，其特征在于制备过程为：

步骤一、根据多孔金属支撑管的孔径和精度控制层孔径的要求，选择粒度为2.7μm不锈钢粉末或-500目钛或镍粉末，将所述粉末和分散剂混合配成料浆，料浆中的粉末浓度为0.05-0.1g/mL；分散剂为聚乙烯醇胶体，所述胶体是由聚乙烯醇和水按照1～10∶100的质量比配制而成。

步骤二、用塑料包覆多孔金属支撑管外壁，密封多孔金属支撑管一端，将步骤一配好的料浆从多孔金属支撑管另一端装入多孔金属支撑管中，然后密封多孔金属支撑管另一端，将多孔金属支撑管固定在离心分级沉积机的离心筒体内；

步骤三、启动离心分级沉积机，旋转速度控制在3000-6000转/分，旋转时间100-300分钟；

步骤四、将带有离心沉积细孔层的多孔金属支撑管从离心筒体中取出，干燥，烧结，得到成品膜管。

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