CN101481787B - 具有多孔涂层的复合膜的形成方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种具有多孔涂层的复合膜的形成方法，首先对多孔基板的孔隙进行液体充填的程序，接着，利用一热源将一原料转换成熔融或半熔融液滴，再将液滴喷涂于充满有液体的多孔基板的表面，由液滴的高温气化多孔基板孔隙中的液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿液滴，使液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成与堆栈扁平粒子，由此形成一具有多孔涂层的复合膜。除此之外，本发明还提供一种用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置。

Description

具有多孔涂层的复合膜的形成方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种复合膜的形成方法及其装置，尤其是一种具有多孔涂层的复合膜的形成方法及其装置。

背景技术

薄膜分离为一省能源且又经济的分离技术，因此薄膜分离程序已经逐渐成为化学工业、水处理、食品加工、生医科技及电子产业等方面的重要分离过程。在薄膜分离程序中，薄膜的材料可分为有机薄膜、无机薄膜和有机\无机混合薄膜，其中，无机材料的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性都相当好，因此无机薄膜在分离程序上有相当广泛的应用，不论是在微过滤、超过滤到气体分离技术甚至是薄膜反应器上都扮演重要角色。

无机薄膜依其表面层的形态可大致分为致密膜和多孔膜两种，多孔膜由于其渗透量较致密膜高，因此在工业上的使用比较广泛，且多孔无机薄膜使用上的功能亦较多，例如气体分离，固液分离中的微过滤、超过滤，甚至是奈米过滤，都是其应用范围。

在多孔无机薄膜的制备方法中，一般常见的有溶胶-凝胶法(sol-gel)、固态粒子烧结法、化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)等，但上述工艺的程序繁复、制备时间冗长、原料种类受限等缺点，限制其于工业上的应用。有鉴于此，仍有必要开发新的薄膜装置与工艺，以制造具有多孔涂层的复合膜，并降低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多孔涂层的复合膜的形成方法及其装置，可用以解决上述传统技术未能达成的标的。

为实现上述目的，本发明提供的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，该具有多孔涂层的复合膜的形成方法包含：

提供一多孔基板；

进行一填充程序，该填充程序使一液体充满于该多孔基板孔隙中；

进行一熔融程序，利用一热源将一原料转换成熔融或半熔融液滴；

对该多孔基板进行一喷涂程序，使该液滴撞击于该多孔基板表面，该液滴于撞击后向四周扩散并形成平坦化的液滴，且由于该液滴的温度大于该液体的沸点温度，因此由该液滴的高温气化该多孔基板孔隙中的该液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿该平坦化的液滴的较薄处，使该液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子；与

重复进行该喷涂程序，以持续形成与堆栈扁平粒子，由此形成一具有多孔涂层的复合膜。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该填充程序包含下列之一：加压式填充程序、喷淋式填充程序、真空吸引式填充程序、浸入式填充程序。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该多孔基板为陶瓷或金属。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该原料为有机高分子材料与无机材料。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该多孔基板的孔径小于或等于100微米。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该液体包含下列族群中之一或其组合：水、醇类或酮类。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该熔融程序所使用的热源包含下列族群中之一：火焰、电弧或等离子体。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该熔融程序与该喷涂程序合并为热熔射工艺或大气等离子体熔射工艺。

所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该多孔状涂层的涂层厚度小于等于50微米。

本发明提供的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，该用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置包含：

一热源产生装置；

一原料输送装置，该原料输送装置是用以将一原料送入该热源产生装置中，并由一热源使该原料转换成熔融或半熔融状液滴；

一充填装置，该充填装置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液体；与

一喷涂装置，该喷涂装置是用以将该液滴喷涂至充填有该液体的该多孔基板表面，其中，由于该液滴的温度大于该液体的沸点温度，因此由该液滴的高温气化该多孔基板孔隙中的该液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿该液滴，使该液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成与堆栈扁平粒子，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该热源产生装置依据一第一讯号调整电能供应与热源温度，该原料输送装置依据一第二讯号调整原料输送速度，该喷涂装置依据一第三讯号调整喷涂速度，该第一讯号、该第二讯号与该第三讯号由一控制装置所产生。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该热源产生装置所产生的热源包含下列族群中之一：火焰、电弧或等离子体。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该多孔基板材质为陶瓷或金属。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该液体包含下列族群中之一或其组合：水、醇类或酮类。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该充填装置包含下列族群中之一：加压式充填装置、喷淋式充填装置、真空吸引式充填装置、浸入式充填装置。

本发明提供的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，该用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置包含：

一电源产生器，该电源产生器是用以提供电能；

一高频产生器，该高频产生器是利用该电能产生高频火花并引燃电弧；

一等离子体喷枪，该等离子体喷枪是用该电弧能量离子化一惰性气体，在枪体内产生一等离子体射流；

一送粉机，该送粉机是用以将一粉体送入该等离子体喷枪中，利用等离子体射流的温度将该粉体转换成熔融或半熔融液滴；与

一充填装置，该充填装置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液体，其中，该等离子体射流将该液滴喷涂至充填有该液体的该多孔基板表面，且由于该液滴的温度大于该液体的沸点温度，因此由该液滴的高温气化该多孔基板孔隙中的该液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿该液滴，使该液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成与堆栈扁平粒子，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该电源产生器依据一第一讯号调整电源供应，该高频产生器依据一第二讯号调整起动点火，该等离子体喷枪依据一第三讯号调整喷枪速度，该送粉机依据一第四讯号调整粉体输送速度，该第一讯号、该第二讯号、该第三讯号与该第四讯号是由一控制器所产生。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该多孔基板材质为陶瓷或金属。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该液体包含下列族群中之一或其组合：水、醇类或酮类。

所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该充填装置包含下列族群中之一：加压式充填装置、喷淋式充填装置、真空吸引式充填装置、浸入式充填装置。

由上所述，本发明由液体受热汽化的原理，以制备多孔无机薄膜。首先，将熔融液滴喷涂至充填有液体的多孔基板表面，由液滴的高温气化多孔基板孔隙中的液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿液滴，使液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成与堆栈扁平粒子，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。

本发明使用有机高分子原料且/或无机原料以形成有机/无机涂层，传统技术如溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法与化学气相沉积法，仅能制备无机多孔薄膜，并不适用于有机多孔薄膜或有机/无机复合多孔薄膜的形成。据此，本发明可符合经济上的效益与产业上的利用性。

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种具有多孔涂层的复合膜的形成方法及其装置。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的装置及其步骤。显然地，本发明的施行并未限定于本领域技术人员所熟悉的特殊细节。另一方面，众所周知的步骤或装置并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以申请的权利要求范围为准。

本发明的第一实施例描述一种具有多孔涂层的复合膜的形成方法，首先提供一多孔基板，此多孔基板为孔径小于或等于100微米的陶瓷或金属多孔基板，对多孔基板进行填充程序，使一液体充满于多孔基板孔隙中。其中，上述液体可为水、醇类、酮类或其组合，此填充程序可为加压式填充、喷淋式填充、真空吸引式填充或浸入式填充。接着，进行一熔融程序，利用一热源(例如：火焰、电弧或等离子体)将一原料转换成熔融或半熔融液滴，再将液滴喷涂于充满有液体的多孔基板的表面，并完成一喷涂程序。于上述喷涂程序中，液滴撞击于多孔基板表面后向四周扩散并形成平坦化的液滴，由液滴的高温(即大于该液体的沸点温度)气化该多孔基板孔隙中的液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿平坦化的液滴的较薄处，使液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，重复进行数次喷涂程序，以持续形成与堆栈扁平粒子，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。于多孔涂层的复合膜工艺后，若欲增加涂层厚度，可重新进行填充、熔融与喷涂程序。除此之外，上述无机材料为下列族群中之一或其组合：碱金属、碱土金属、混合的碱金属及碱土金属硅酸盐类、硅酸铝类、硅酸锆类、经水合的硅酸盐类、铝酸盐类、氧化物类、氮化物类、氧氮化物类、碳化物类、氧碳化物类、硼酸盐、钛酸盐、磷酸盐、卤素化合物，及其衍生物。于本实施例的一较佳范例，为将熔融程序与喷涂程序合并为热熔射工艺或大气等离子体熔射工艺。

本发明的第二实施例描述一种用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其包含一热源产生装置，一原料输送装置，一充填装置与一喷涂装置。上述的原料输送装置是用以将一原料送入热源产生装置中，并由一热源(例如：火焰、电弧或等离子体)使原料转换成熔融或半熔融状液滴；另外，充填装置用以使一多孔基板的孔隙充填一液体，此多孔基板的材质可为陶瓷或金属，液体可为水、醇类、酮类或其混合物；喷涂装置用以将液滴喷涂至充填有液体的多孔基板表面。由液滴的高温(即大于液体的沸点温度)气化多孔基板孔隙中的液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿液滴，使液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成与堆栈扁平粒子，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。其中，上述充填装置可为加压式充填装置、喷淋式充填装置、真空吸引式充填装置或浸入式充填装置。除此之外，上述热源产生装置依据一第一讯号调整电能供应与热源温度，原料输送装置依据一第二讯号调整原料输送速度，喷涂装置依据一第三讯号调整喷涂速度，第一讯号、第二讯号与第三讯号由一控制装置所产生。

本发明的第三实施例描述一种用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其包含一电源产生器，一高频产生器，一等离子体喷枪，一送粉机与一充填装置。上述高频产生器利用电源产生器所提供的电能产生高频火花并引燃电弧，而电弧能量则由等离子体喷枪利用，并用以离子化一惰性气体，且在枪体内产生一等离子体射流，送粉机则将一粉体送入该等离子体喷枪中，利用等离子体射流的温度将粉体转换成熔融或半熔融液滴，充填装置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液体，其中，等离子体射流将液滴喷涂至充填有液体的多孔基板表面，并由等离子体射流与液滴的高温(即大于液体的沸点温度)气化多孔基板孔隙中的液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿液滴，使得液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成与堆栈扁平粒子，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。上述多孔基板材质、液体种类与充填装置类型以第二实施例所提及者为主。除此之外，电源产生器依据一第一讯号调整电源供应，高频产生器依据一第二讯号调整起动点火，等离子体喷枪依据一第三讯号调整喷枪速度，送粉机依据一第四讯号调整粉体输送速度，第一讯号、第二讯号、第三讯号与第四讯号系由一控制器所产生。

热熔射法是近来最新的制膜技术，目前常用以制备致密无机薄膜，而传统的大气等离子体熔射技术是指在大气环境下进行熔射工艺，所形成的涂层孔隙率较高，所以对于利用等离子体熔射喷涂保护表层的应用者来说，大气等离子体熔射的致密度是不足的，因此才陆续研发出不同工艺的等离子体熔射技术。长久以来，传统大气等离子体熔射技术所制造出的高孔隙率涂层被认定为失败的技术参数，并没有使用者将此一特性应用于多孔无机薄膜的制备方法中。本发明克服该所属技术领域中具有通常知识者长久以来根深柢固的技术偏见，而采用因技术偏见而被舍弃的技术，并加以改良以符合高孔隙度，左证本发明并非能轻易完成。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求范围内加以理解，除了上述详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请的权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种具有多孔涂层的复合膜的形成方法，该具有多孔涂层的复合膜的形成方法包含：

提供一多孔基板；

进行一填充程序，该填充程序使一液体充满于该多孔基板孔隙中；

进行一熔融程序，利用一热源将一原料转换成熔融或半熔融液滴；

对该多孔基板进行一喷涂程序，使该液滴撞击于该多孔基板表面，该液滴于撞击后向四周扩散并形成平坦化的液滴，且由于该液滴的温度大于该液体的沸点温度，因此由该液滴的高温气化该多孔基板孔隙中的该液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿该平坦化的液滴的较薄处，使该液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子；与

重复进行该喷涂程序，以持续形成扁平粒子，使扁平粒子堆栈，由此形成一具有多孔涂层的复合膜。

2.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该填充程序包含下列之一：加压式填充程序、喷淋式填充程序、真空吸引式填充程序、浸入式填充程序。

3.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该多孔基板为陶瓷或金属。

4.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该原料为有机高分子材料与无机材料。

5.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该多孔基板的孔径小于或等于100微米。

6.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该液体包含下列族群中之一或其组合：水、醇类或酮类。

7.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该熔融程序所使用的热源包含下列族群中之一：火焰、电弧或等离子体。

8.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该熔融程序与该喷涂程序合并为热熔射工艺或大气等离子体熔射工艺。

9.如权利要求1所述的具有多孔涂层的复合膜的形成方法，其中，该多孔涂层的涂层厚度小于等于50微米。

10.一种用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，该用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置包含：

一热源产生装置；

一原料输送装置，该原料输送装置是用以将一原料送入该热源产生装置中，并由一热源使该原料转换成熔融或半熔融状液滴；

一充填装置，该充填装置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液体；与

一喷涂装置，该喷涂装置是用以将该液滴喷涂至充填有该液体的该多孔基板表面，其中，由于该液滴的温度大于该液体的沸点温度，因此由该液滴的高温气化该多孔基板孔隙中的该液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿该液滴，使该液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成扁平粒子，使扁平粒子堆栈，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。

11.如权利要求10所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该热源产生装置依据一第一讯号调整电能供应与热源温度，该原料输送装置依据一第二讯号调整原料输送速度，该喷涂装置依据一第三讯号调整喷涂速度，该第一讯号、该第二讯号与该第三讯号由一控制装置所产生。

12.如权利要求10所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该热源产生装置所产生的热源包含下列族群中之一：火焰、电弧或等离子体。

13.如权利要求10所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该多孔基板材质为陶瓷或金属。

14.如权利要求10所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该液体包含下列族群中之一或其组合：水、醇类或酮类。

15.如权利要求10所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的装置，其中，该充填装置包含下列族群中之一：加压式充填装置、喷淋式充填装置、真空吸引式充填装置、浸入式充填装置。

16.一种用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，该用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置包含：

一电源产生器，该电源产生器是用以提供电能；

一高频产生器，该高频产生器是利用该电能产生高频火花并引燃电弧；

一等离子体喷枪，该等离子体喷枪是用该电弧能量离子化一惰性气体，在枪体内产生一等离子体射流；

一送粉机，该送粉机是用以将一粉体送入该等离子体喷枪中，利用等离子体射流的温度将该粉体转换成熔融或半熔融液滴；与

一充填装置，该充填装置是用以使一多孔基板的孔隙充填一液体，其中，该等离子体射流将该液滴喷涂至充填有该液体的该多孔基板表面，且由于该液滴的温度大于该液体的沸点温度，因此由该液滴的高温气化该多孔基板孔隙中的该液体并形成蒸汽，蒸汽贯穿该液滴，使该液滴溅射成不同的区块，冷却固化后形成不规则且分散状的扁平粒子，持续形成扁平粒子，使扁平粒子堆栈，以此形成一具有多孔涂层的复合膜。

17.如权利要求16所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该电源产生器依据一第一讯号调整电源供应，该高频产生器依据一第二讯号调整起动点火，该等离子体喷枪依据一第三讯号调整喷枪速度，该送粉机依据一第四讯号调整粉体输送速度，该第一讯号、该第二讯号、该第三讯号与该第四讯号是由一控制器所产生。

18.如权利要求16所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该多孔基板材质为陶瓷或金属。

19.如权利要求16所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该液体包含下列族群中之一或其组合：水、醇类或酮类。

20.如权利要求16所述的用以形成具有多孔涂层的复合膜的大气等离子体熔射工艺装置，其中，该充填装置包含下列族群中之一：加压式充填装置、喷淋式充填装置、真空吸引式充填装置、浸入式充填装置。