CN102258894B - 一种高效金属复合过滤元件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种高效金属复合过滤元件，包括基体和附着在所述基体表面上的金属膜层，其特征在于：所述的基体包括由金属粉末压制烧结成型的金属基体和嵌设在该金属基体内的金属丝网；其中所述金属丝网的丝径为0.5～2mm，所述金属粉末的粒度范围为50～300μm；所述基体的厚度为2.0～3.5mm，所述金属膜层的厚度为0.1～0.2mm。与现有技术相比，本发明中所提供的金属多孔元件的渗透系数高，孔径范围理想；利用本发明制备的金属过滤元件，结合强度高、渗透系数大、表面质量好、再生清洗方便，而且工艺简单、重复性好，适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及到过滤元件领域，具体指一种高效金属复合过滤元件及其制备方法。
背景技术
金属复合膜过滤技术是近些年在过滤分离领域兴起的一种新型技术，该技术通过在不同类型的基体表面用不同的技术手段制备金属膜层，以达到高精度、高效率过滤的目的。近年来国内外对金属膜过滤材料做了大量的研究，取得了一定的进展。
公开号为CN1843597的中国专利申请公开了《一种新型金属滤膜及其制备方法》，其采用了金属粉末或合金粉末与粘合剂按比例搅拌均匀，涂布在与粉末相同材质或特性相近的合金多孔基带或海绵状的基带骨架上进行烧结制成，其基体是将一种多孔的金属材料通过碾压机碾压为薄形多孔，厚度为0.05mm～1mm。公开号为CN2160457的中国实用新型专利公开了一种《微孔滤膜器》，其滤膜采用厚1.0mm粉末烧结多孔钛板或多孔不锈钢板作滤膜支承板，多孔金属板孔径为20～100μm。
对于丝网增强粉末烧结技术，国内外的研究报道不多。蔡一湘通过将粉末与韧性丝网复合制备成不锈钢粉末复合柔性微孔薄带，利用材料种类、粉末构成及覆层方式的变化，在保持金属的良好强韧性、耐高温热冲击和抗腐蚀特性的同时，获得特定微观孔隙结构，宽孔径和孔隙率调节范围，低孔径发散性和高透过率性能。
现有技术中的金属复合过滤元件普遍存在结构强度不高、渗透系数小、表面质量差且再生清洗不便等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题针对现有技术的现状提供一种结构强度高、渗透系数大、表面质量好且再生清洗方便的高效金属复合过滤元件。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种高效金属复合过滤元件的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该高效金属复合过滤元件，包括基体和附着在所述基体表面上的金属膜层，其特征在于所述的基体包括由金属粉末压制烧结成型的金属基体和嵌设在该金属基体内的金属丝网；其中所述金属丝网的丝径为0.5～2mm，所述金属粉末的粒度范围为50～300μm；所述基体的厚度为2.0～3.5mm，所述金属膜层的厚度为0.1～0.2mm。
所述的金属膜层为粒径为0.5～5μm的细金属粉末经非均向气雾涂层技术在所述基体表面上生成的均匀连续的金属膜层。
所述的金属粉末为不锈钢金属粉末、铜金属粉末、镍金属粉末或钼金属粉末；所述的金属丝网为不锈钢金属丝网、铜金属丝网、镍金属丝网或钼金属丝网；所述的细金属粉末为不锈钢金属粉末、铜金属粉末、镍金属粉末或钼金属粉末。
该过滤元件为管状，所述的金属膜层附着在管外壁上。
上述高效金属复合过滤元件的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)先将所述的金属丝网与所述的金属粉末均匀混合，经压制成型后再高温烧结，即得到所述的基体；
(2)将所述的细金属粉末与有机溶剂混合成悬浮液，将该悬浮液均匀地雾化沉积在所述基体的表面生成均匀连续的金属膜层，经高温烧结后即得到高效金属复合过滤元件；
其中，所述的有机溶剂选自聚丙醇、乙醇、四氯化碳或甘油。
较好的，
步骤(1)中所述的金属丝网与所述的金属粉末采用冷等静压机进行压制成型，压制压力为100～300MPa；所述的高温烧结采用真空或氢气烧结，烧结温度为1200℃～1400℃，烧结时间为3～5h；
步骤(2)中高温烧结采用真空或氢气烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为2～4h。
与现有技术相比，本发明中的基体采用金属丝网和金属粉末压制、烧结而成，基体的结合强度高，并且可以通过改变金属丝网与金属粉末的堆放结构得到多形态的高质量丝网增强烧结多孔金属元件，既能提高金属多孔元件的渗透系数，又能保持孔径范围；同时本发明中的金属膜层在制备时采用非均向气雾沉积技术，只添加易挥发，无残留的有机溶剂，不添加其它分散剂和粘结剂，消除了引入杂质对膜层性能的影响；利用本发明制备的金属过滤元件，结合强度高、渗透系数大、表面质量好、再生清洗方便，而且工艺简单、重复性好，适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例的剖视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
采用1mm粗的金属丝网1与平均粒径为150μm的不锈钢粉末均匀混合，采用冷等静压进行压制成管状，压制压力200MPa，在氢气气氛1250℃烧结4h后即得丝网增强烧结金属基体2。将重量份数为50份，平均粒径为2μm的不锈钢粉，重量份数为50份的载体聚乙二醇混合，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤管外侧，形成金属膜层3。在氢气气氛下，复合滤管烧结温度1100℃，保温3h，得到丝网增强烧结金属复合过滤元件。
对比例1：采用平均粒径为150μm的不锈钢粉末，用冷等静压进行压制成管状，压制压力200MPa，在氢气气氛1250℃烧结4h后即得烧结金属基体。将重量份数为50份，平均粒径为2μm的不锈钢粉，重量份数为50份的载体聚乙二醇混合，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤管外侧。在氢气气氛下，复合滤管烧结温度1100℃，保温3h，得到烧结金属复合过滤元件。
实施例2：采用1mm粗的金属丝网与100μm～200μm的不锈钢粉末均匀混合，采用冷等静压进行压制成片状，压制压力200MPa，在氢气气氛1250℃烧结4h后即得丝网增强烧结金属基体。将重量份数为50份，平均粒径为2μm的不锈钢粉，重量份数为50份的载体聚乙醇混合，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤片一侧。在氢气气氛下，复合滤片烧结温度1100℃，保温3h，得到丝网增强烧结金属复合过滤元件。
对比例2：采用100μm～200μ的不锈钢粉末，用冷等静压进行压制成片状，压制压力200MPa，在氢气气氛1250℃烧结4h后即得烧结金属基体。将重量份数为50份，平均粒径为2μm的不锈钢粉，重量份数为50份的载体聚乙醇混合，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤片一侧。在氢气气氛下，复合滤管烧结温度1100℃，保温3h，得到烧结金属复合过滤元件。
上述实施例和对比例制备得到的金属复合过滤元件的性能参数如表1所示。
表1
| 尺寸，mm | 过滤精度，μ | 透气系数， | 耐压强度， |
| m | m3/m2.kPa.h | MPa | ||
| 实施例1 | Φ60/Φ54×750 | 0.3 | 158 | 11.5 |
| 对比例1 | Φ60/Φ54×750 | 0.3 | 148 | 6.8 |
| 实施例2 | Φ200×3 | 0.3 | 158 | 3.5 |
| 对比例2 | Φ200×3 | 0.3 | 148 | 2.3 |
由表1的对比数据可以看出，丝网强化的不锈钢复合过滤元件其多孔性能指标比普通不锈钢复合过滤元件基本一致，而力学性能指标明显高于后者。
实施例3：采用2mm铜丝网与200μm～300μm的铜金属粉末均匀混合，采用冷等静压进行压制成管状，压制压力300MPa，在氢气气氛1350℃烧结5h后即得丝网增强烧结金属基体。将重量份数为50份，平均粒径为5μm的钼金属粉，重量份数为100份的载体聚乙二醇混合，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤管外侧。在氢气气氛下烧结，烧结温度1200℃，保温3h，沉积层经烧结成膜。
对比例3：采用50μm～100μm的不锈钢粉末，用冷等静压进行压制成管状，压制压力150MPa，在氢气气氛1150℃烧结3h后即得烧结金属。
实施例3和对比例3所得到的过滤元件的性能参数如表2所示。
表2
实施例4：采用0.5mm粗的不锈钢丝网与50μm～100的不锈钢粉末均匀混合，采用冷等静压进行压制成管状，压制压力100MPa，在真空气氛1200℃烧结3h后即得丝网增强烧结金属基体。将重量份数为25份，平均粒径为0.5μm的不锈钢粉，重量份数为50份的载体甘油混合，配制成悬浮液。将悬浮液通过离心喷雾，逐层沉积到不锈钢滤管外侧。在真空气氛下烧结，烧结温度1100℃，保温3h，沉积层经烧结成膜。
对比例4：采用20μm～50μm的不锈钢粉末均匀混合，采用冷等静压进行压制成管状，压制压力100MPa，在真空气氛1100℃烧结3h后即得烧结金属元件。
实施例4和对比例4所制得的性能参数指标如表3所示。
表3
| 尺寸 | 过滤精度 | 透气系数 | 耐压强度 |
| mm | μm | m3/m2.kPa.h | MPa | |
| 实施例4 | Φ60/Φ54×750 | 0.1 | 60 | 15.6 |
| 对比例4 | Φ60/Φ54×750 | 0.1 | 20 | 10.3 |
由表3和表4可以看出，丝网增强的金属复合过滤元件比常规的金属过滤元件在透气系数和力学性能上都有了较大的改善。
Claims (6)
1.一种高效金属复合过滤元件，包括基体和附着在所述基体表面上的金属膜层，其特征在于：所述的基体包括由金属粉末压制烧结成型的金属基体和嵌设在该金属基体内的金属丝网；其中所述金属丝网的丝径为0.5～2mm，所述金属粉末的粒度范围为50～300μm；所述基体的厚度为2.0～3.5mm，所述金属膜层的厚度为0.1～0.2mm。
2.根据权利要求1所述的高效金属复合过滤元件，其特征在于：所述的金属膜层为粒径为0.5～5μm的细金属粉末经雾化均匀连续地沉积在所述基体表面上烧结生成的金属膜层。
3.根据权利要求1或2所述的高效金属复合过滤元件，其特征在于：所述的金属粉末为不锈钢金属粉末、铜金属粉末、镍金属粉末或钼金属粉末；所述的金属丝网为不锈钢金属丝网、铜金属丝网或镍金属丝网；所述的细金属粉末为不锈钢金属粉末、铜金属粉末、镍金属粉末或钼金属粉末。
4.根据权利要求3所述的高效金属复合过滤元件，其特征在于：该过滤元件为管状，所述的金属膜层附着在管外壁上。
5.如权利要求1所述的高效金属复合过滤元件的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)先将所述的金属丝网与所述的金属粉末均匀混合，经压制成型后再高温烧结，即得到所述的基体；
(2)将所述的细金属粉末与有机溶剂混合成悬浮液，将该悬浮液均匀地雾化沉积在所述基体的表面生成均匀连续的金属膜层，经高温烧结后即得到高效金属复合过滤元件；
其中，所述的细金属粉末与所述有机溶剂的重量比为3∶1～1∶3，并且，所述的有机溶剂选自聚丙醇、乙醇、四氯化碳或甘油。
6.根据权利要求5所述的高效金属复合过滤元件的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的金属丝网与所述的金属粉末采用冷等静压机进行压制成型，压制压力为100～300MPa；所述的高温烧结采用真空或氢气烧结，烧结温度为1200℃～1400℃，烧结时间为3～5h；
步骤(2)中高温烧结采用真空或氢气烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为2～4h。
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