CN104114263B - 涂覆在堇青石整体件上的基于堇青石的复合膜 - Google Patents

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Abstract

复合膜整体件包括堇青石整体件，该堇青石整体件具有连接至其表面的、具有表面中值孔径的堇青石‑陶瓷复合膜。所述堇青石‑陶瓷复合膜具有表面中值孔径小于或等于0.3微米的膜表面。堇青石‑陶瓷复合膜可以是复合材料，该复合材料通过把堇青石‑陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件表面，然后烧制所述堇青石整体件来形成。所述堇青石‑陶瓷粉浆可包括堇青石颗粒和陶瓷颗粒。堇青石颗粒的堇青石中值粒度可小于表面中值孔径。陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度可小于堇青石中值粒度。

Description

涂覆在堇青石整体件上的基于堇青石的复合膜
本申请根据35USC§120要求2011年11月10日提交的美国申请登记第13293745的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
背景
领域
本发明总体涉及膜涂覆的整体件以及用于制备膜涂覆的整体件的方法，以及具体来说，涉及用基于堇青石的复合膜涂覆的堇青石膜及其制备方法。
技术背景
多孔陶瓷膜用于工业流体过滤分离中，其最近研究用于气体分离和催化反应。最近，已探索了将它们用于柴油微粒过滤器(DPF)和汽油微粒过滤器(GPF)应用中的气体-微粒分离，以及在车载汽油分离(OBS)应用中的蒸汽-蒸汽分离。对于不同的应用，必须差异化设计陶瓷膜材料和它们的微结构性质来满足不同的应用要求。例如，为了有效分离气体分子，气体分离陶瓷膜不含孔或含尺寸小于0.001微米的孔，但DPF或GPF膜通常需要几微米或更大的孔来同时满足低背压和高过滤效率的要求。
在涉及整体件基材的一些应用中，用如聚合物的材料涂覆在整体件上的陶瓷膜是理想的，这可密封整体件基材的孔，使得可把基本上无泄漏的真空施加至该整体件基材。对于一般的聚合物涂覆工艺，当被涂覆的陶瓷膜的孔径最小时，涂覆工艺越简单。为了使在整体件基材上的陶瓷膜的孔径更小，需要使用更小的陶瓷颗粒来成形陶瓷膜。但是，在某些情况下，制备某些材料的适当小的颗粒是极端劳动力密集或甚至不可能的。例如，成形孔径小于0.3微米的堇青石膜是几乎不可能的，至少部分是因为常规的研磨技术不能把堇青石粒度减小到小于1微米。
虽然可把其它材料如氧化铝研磨到小于1微米的粒度，但在整体件如堇青石上的纯氧化铝易于产生裂纹，因为氧化铝和堇青石之间的热膨胀系数有差异。此外，不施涂中间层而把非常小的氧化铝颗粒直接涂覆到大孔径整体件基材上是极端困难的。
因此，本领域一直需要可涂覆的陶瓷膜材料以及用于在整体件基材上形成陶瓷膜的方法。
概述
根据各种实施方式，提供了复合膜整体件。所述复合膜整体件可包括堇青石整体件，该堇青石整体件具有表面中值孔径为约1微米-约15微米的表面。所述复合膜整体件还可包括连接到所述表面的堇青石-陶瓷复合膜。所述堇青石-陶瓷复合膜可限定所述堇青石-陶瓷复合膜的膜表面。所述堇青石-陶瓷复合膜可以是由混合物形成的复合材料，该混合物包括例如堇青石颗粒和陶瓷颗粒。所述堇青石颗粒的堇青石中值粒度可小于所述陶瓷整体件的表面中值孔径。陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度可小于堇青石中值粒度。把堇青石颗粒和陶瓷颗粒的各中值粒度结合，可产生具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。
根据其它实施方式，提供了用于形成复合膜整体件的方法。所述方法可包括把堇青石-陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件的表面，来形成涂覆的堇青石整体件。通常，通道的表面可具有约1微米-约15微米的表面中值孔径。所述堇青石-陶瓷复合粉浆可包括堇青石颗粒和陶瓷颗粒的混合物。所述堇青石颗粒可具有小于表面中值孔径的堇青石中值粒度，以及陶瓷颗粒可具有小于堇青石中值粒度的陶瓷中值粒度。所述方法还可包括烧制所述涂覆的堇青石整体件来形成复合膜整体件。烧制时，堇青石-陶瓷复合粉浆形成连接到堇青石整体件表面并具有膜表面的堇青石-陶瓷复合膜。把堇青石颗粒和陶瓷颗粒的各中值粒度结合，可产生具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。
在以下的详细描述中提出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图简要说明
图1是涂覆在蜂窝整体件上的堇青石-陶瓷复合膜的SEM显微照片；
图2是图1所示堇青石-陶瓷复合膜的膜表面的放大视图；
图3图形化地显示了实施例1所用的堇青石颗粒的粒度分布；
图4图形化地显示了实施例2所用的堇青石颗粒的粒度分布；
图5图形化地显示了实施例3的支撑的复合膜的粒度分布；
图6图形化地显示了实施例4的两种未支撑的复合膜的粒度分布；
图7图形化地显示了实施例5的两种未支撑的复合膜的粒度分布；以及
图8图形化地比较了发明性堇青石-陶瓷复合膜和比较性堇青石膜的粒度分布。
发明详述
下面详细说明复合膜整体件的实施方式。所述复合膜整体件可包括堇青石整体件，该堇青石整体件具有穿过该堇青石整体件来限定的通道。通常，通道的表面可具有约1微米-约15微米的表面中值孔径。复合膜整体件还可包括连接到通道表面的堇青石-陶瓷复合膜。堇青石-陶瓷复合膜可形成通道内侧的堇青石-陶瓷复合膜的膜表面。堇青石-陶瓷复合膜可以是由混合物形成的复合材料，该混合物包括例如堇青石颗粒和除堇青石颗粒以外的陶瓷颗粒。堇青石颗粒的堇青石中值粒度小于表面中值孔径。陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度小于堇青石中值粒度。把堇青石颗粒和陶瓷颗粒的各中值粒度结合，产生具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。用于形成复合膜整体件的方法的实施方式也将在下文更加详细描述。
复合膜整体件可包括堇青石整体件和连接到所述堇青石整体件的堇青石-陶瓷复合膜，从而形成与所述堇青石-陶瓷复合膜和所述堇青石整体件的界面相对的堇青石-陶瓷复合膜的膜表面。在一些实施方式中，堇青石-陶瓷复合膜连接到穿过堇青石整体件限定的通道的表面，从而形成通道内侧堇青石-陶瓷复合膜的膜表面。当存在时，通道可具有各种横截面形状，例如圆形、椭圆形、三角形、方形、五边形、六边形或棋盘状或这些的任意组合，例如且可以任何合适的几何构造来排布。当存在时，通道可以是离散的或交叉的，可从堇青石整体件的第一端部穿过该堇青石整体件延伸至与该第一端部相对的堇青石整体件的第二端部。
堇青石整体件可以是适于在其表面上施加膜的任意形状的堇青石基材。例如可成形、挤出或模塑成形的陶瓷，且该成形的陶瓷可为任意形状或尺寸。形状的示例性实施方式包括，但不限于：圆柱、三角形固体、矩形固体、六角形固体以及甚至基本上平坦的形状例如片材。在一些实施方式中，堇青石整体件可以是由堇青石形成的过滤器。在其他实施方式中，所述堇青石整体件可以是蜂窝状过滤器。复合膜整体件可包括堇青石整体件，该堇青石整体件具有至少一层施加至该堇青石整体件表面的无机膜。在一些实施方式中，可存在多于一层的施加至该堇青石整体件表面的无机膜。
堇青石整体件通常由堇青石(一种硅酸铝镁)形成。通常，堇青石是具有根据通式(Mg,Fe)2Al3(Si5AlO18)组成的固溶体。用于形成根据本文所述的实施方式的堇青石整体件的堇青石材料的精确组成可变化。例如，通过改变镁、铝和二氧化硅原料的粒度，可控制堇青石材料的孔径，可控制堇青石的孔隙率，以及可控制堇青石材料的粒度分布。此外，可在用于形成堇青石整体件的堇青石批料中包括成孔剂。
在一些实施方式中，堇青石整体件的表面(例如穿过整体件限定通道的分隔壁的表面)可具有例如1.0微米-15微米的表面中值孔径。例如，在一些实施方式中，堇青石整体件可具有1.5-15微米或甚至1.5-12微米的表面中值孔径。在一些其它实施方式中，堇青石整体件可具有1.5-5微米或甚至1.5-4.5微米的表面中值孔径。如本文所使用，术语“孔径”指横截面直径，或者当孔具有非圆横截面时，指具有与非圆孔相同横截面面积的假想圆的直径。通常，任意给定材料的孔径以统计学分布存在。因此，术语“中值孔径”或“d50”指长度量度，基于所有孔的统计学分布，50％孔的孔径大于该长度，而剩余的50％孔小于该长度。
在一些实施方式中，在用堇青石-陶瓷复合膜涂覆之前，堇青石整体件可具有如通过压汞仪所测的35％-60或甚至35％-55％的孔隙率。在一些实施方式中，堇青石整体件的孔隙率例如可小于60％,小于55％,小于50％,小于48％或小于46％。此外，应理解本文所述的堇青石-陶瓷膜的实施方式可用于具有其它孔隙率的堇青石整体件，包括但不限于孔隙率小于35％或大于60％的堇青石整体件。
为了促进把功能性聚合物涂层或膜施涂至堇青石整体件的通道，把堇青石-陶瓷复合膜连接到堇青石整体件的表面，如图1和2中所含SEM显微照片所示。具体来说，图1显示了堇青石整体件的横截面切割，其中膜表面20是可见的。膜表面20是堇青石-陶瓷膜。还可见的是相邻的通道壁10A和10B。堇青石-陶瓷膜在堇青石整体件的表面和功能涂层或膜之间提供界面层，从而功能涂层或膜存在于堇青石整体件的表面上，而不是存在于堇青石整体件的孔中。在一些实施方式中，堇青石-陶瓷复合膜可直接连接到堇青石整体件，例如由烧制已经涂覆到堇青石整体件表面上的陶瓷粉浆来形成。在这种实施方式中，堇青石-陶瓷复合膜将直接连接到堇青石整体件的表面，而无需任何居间层如中间层或缓冲层来实现堇青石-陶瓷复合膜材料和堇青石整体件之间的相容性(例如匹配热膨胀系数)。
如下文所进一步描述，堇青石-陶瓷复合膜可以是由如粉浆或泥浆的混合物形成的复合材料。混合物可包括，例如具有堇青石中值粒度的堇青石颗粒和具有陶瓷中值粒度的陶瓷颗粒。选定堇青石颗粒和陶瓷颗粒的粒度，从而所得堇青石-陶瓷膜具有膜表面，该膜表面的膜中值孔径小于堇青石整体件的表面中值孔径。从堇青石整体件的表面到膜表面的中值孔径降低，促进后续的在膜表面上涂覆功能涂层或膜，且功能涂层不会显著的压入堇青石-陶瓷膜的孔和/或堇青石整体件的孔。具体来说，选定堇青石颗粒和陶瓷颗粒的粒度，从而所得堇青石-陶瓷膜具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径。例如，在一些实施方式中，堇青石-陶瓷膜的膜中值孔径可为约0.05微米-0.3微米。在一些实施方式中，膜中值孔径可小于0.25微米或甚至小于0.20微米。在一些其它实施方式中，膜中值孔径可小于0.15微米或甚至小于0.1微米。
例如，在一些实施方式中，堇青石-陶瓷膜可由堇青石和陶瓷颗粒的粉浆形成，把该粉浆施涂至陶瓷整体件的表面并后续地烧制来制备堇青石-陶瓷膜。为了取得具有所需膜中值孔径的堇青石-陶瓷膜，粉浆中堇青石颗粒的堇青石中值粒度可为0.8微米-5微米或甚至1微米-2.5微米。例如，在一些实施方式中，堇青石中值粒度可为1微米-2微米或甚至1微米-1.5微米。陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度可为0.05微米-0.5微米或甚至0.05微米-0.45微米。在一些实施方式中，陶瓷中值粒度可为0.05微米-0.4微米或甚至0.05微米-0.35微米。在其它一些实施方式中，陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度可小于0.5微米、小于0.4微米、小于0.3微米、小于0.2微米或小于0.1微米。通常，用来形成堇青石-陶瓷复合膜的混合物中的堇青石颗粒可具有小于堇青石整体件的表面中值孔径的堇青石中值粒度。在一些实施方式中，用来形成堇青石-陶瓷复合膜的混合物中的陶瓷颗粒可具有小于堇青石中值粒度的陶瓷中值粒度。
为了取得在堇青石-陶瓷复合膜整体件上的功能涂层或膜的所需涂覆能力，堇青石-陶瓷复合膜的孔径应该小于或约等于该功能涂层或膜的聚集聚合物尺寸。此外，期望堇青石-陶瓷膜不含堇青石整体件上的堇青石-陶瓷复合膜的表面中的裂纹或者不连续性。这种不连续性可在聚合物膜中构建不连续性，这依次造成泄漏，干扰聚合物膜表面的真空完整性。因此，为了提供可涂覆聚合物的、能维持真空的堇青石-陶瓷复合膜，施涂到堇青石整体件表面的堇青石-陶瓷膜的特征必须与能抵抗真空的聚合物层的施涂相兼容。即，对于聚合物涂层应用，堇青石-陶瓷膜整体件的膜表面必须具有所需的孔径和所需的孔径分布，以及膜整体件必须不含允许施涂至该复合膜整体件的聚合物层泄漏的显著的裂纹和不连续性。
在本文所述的实施方式中，陶瓷颗粒可包括或由任意合适的除了堇青石以外的陶瓷材料组成，该陶瓷材料具有可用的所需粒度或可通过例如研磨或任意其它已知技术把尺寸减小到合适的陶瓷中值粒度(例如如上所述的那些)。
堇青石-陶瓷复合膜的特征可取决于堇青石整体件的特征和堇青石-陶瓷复合膜的特征。这些特征包括下面的整体件基材和施涂的无机膜之间的相容性、孔径、下面的整体件基材的表面粗糙度、以及无机膜的孔隙率和表面粗糙度。可通过用来在整体件基材上形成和沉积无机膜的技术来影响这些特征。
在本文所述的实施方式中，膜整体件的膜涂覆的表面基本上不含或完全不含裂纹。减少施涂至整体件基材的陶瓷膜层中裂纹的技术之一是匹配膜和整体件基材的物理性质。例如，类似的材料具有类似的物理特征，包括热膨胀特征。因此，理想地可这样选择陶瓷材料，当在堇青石整体件上形成堇青石-陶瓷复合膜时，堇青石-陶瓷复合膜的热膨胀系数(CTE)特征与堇青石整体件的那些相同或相似。还可理想地这样选择陶瓷材料，形成堇青石-陶瓷复合膜所需的烧制温度尽可能的低，从而最小化生产成本。一般地，形成堇青石-陶瓷复合膜所需的烧制温度应低于形成堇青石整体件的堇青石材料变得不稳定的温度，例如低于1300℃。在一些实施方式中，特别适用于堇青石-陶瓷复合膜的陶瓷材料包括，但不限于：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、沸石、莫来石(mullite)、二氧化钛、氧化钇、氧化锡、碳化硅、氮化硅及其混合物。
可改变堇青石-陶瓷复合膜的组成来将膜中值孔径定制至适于用选定聚合物材料涂覆该堇青石-陶瓷复合膜的值。在非限制性示例实施方式中，以所述堇青石颗粒和陶瓷颗粒的总重量为基准计，用来形成堇青石-陶瓷复合膜的堇青石颗粒相对于用来形成堇青石-陶瓷复合膜的陶瓷颗粒的重量比例可为9:1-3:7或7:3-3:7，例如9:1,8:2,7:3,4:6,5:5,4:6或3:7。
连接到堇青石整体件的堇青石-陶瓷复合膜的厚度可以是适于该复合膜整体件预期应用的任意厚度。通常，出于机械稳定性的目的，通过用来形成堇青石-陶瓷复合膜的堇青石颗粒陶瓷颗粒的粒度来限制该堇青石-陶瓷复合膜的最小和最大厚度。可从单一层堇青石-陶瓷复合膜或多层堇青石-陶瓷复合膜，来测量堇青石-陶瓷复合膜的厚度。例如，从综合中孔直径为1微米-4微米的颗粒制备的堇青石-陶瓷复合膜，可具有约2微米-约5微米的厚度下限。通常，太厚的堇青石-陶瓷复合膜可破裂或产生裂纹。在示例性实施方式中，连接到堇青石整体件基材的堇青石-陶瓷复合膜的厚度可为例如2微米-25微米或甚至2微米-20微米。在一些实施方式中，膜厚可为2微米-18微米或甚至2微米-15微米。在其它一些实施方式中，膜厚可为2微米-12微米或甚至2微米-10微米。在一具体实施方式中，膜厚可为约10微米-约15微米。
在本文所述的实施方式中，堇青石-陶瓷复合膜通常具有约30％-约65％的孔隙率。在一些实施方式中，堇青石-陶瓷复合膜的孔隙率可为40％-65％或甚至50％-65％。可通过在如玻璃或滤纸的基材上制备具有相同组成的未支撑的堇青石-陶瓷复合膜，来评估在特定堇青石整体件上的堇青石-陶瓷复合膜的孔隙率。在一些实施方式中，膜中值孔径为0.5微米-0.6微米的堇青石-陶瓷复合膜，例如可具有最高达55％的孔隙率，如在玻璃或滤纸基材上所测。类似地，膜中值孔径为0.3微米-0.4微米的堇青石-陶瓷复合膜，例如可具有约58％的孔隙率，如在玻璃或滤纸基材上所测。
现在将参考用于形成复合膜整体件的方法的实施方式。通常，所述方法可包括把堇青石-陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件的表面，来形成涂覆的堇青石整体件。然后，烧制所述涂覆的堇青石整体件，来形成在所述堇青石整体件上的堇青石-陶瓷复合膜。烧制时，所述陶瓷复合粉浆形成连接到所述堇青石整体件表面上的堇青石-陶瓷复合膜，并具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。在一些实施方式中，膜表面不含裂纹，如通过膜表面的扫描电子显微图像中无可见的裂纹来证明。如上所述，堇青石-陶瓷复合粉浆可包括堇青石颗粒和陶瓷颗粒的混合物。堇青石颗粒可具有小于堇青石整体件的表面中值孔径的堇青石中值粒度，以及陶瓷颗粒可具有小于堇青石中值粒度的陶瓷中值粒度。
在用于形成复合膜整体件的方法的实施方式中，可把堇青石-陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件的表面，来形成涂覆的堇青石整体件。至于复合膜整体件的实施方式，所述堇青石整体件可为上文所述的任意堇青石整体件。堇青石-陶瓷复合粉浆可包括密切混合成泥浆或悬浮液的堇青石颗粒和陶瓷颗粒。在一些实施方式中，特别适于用作陶瓷颗粒的陶瓷材料包括，但不限于：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、沸石、莫来石(mullite)、二氧化钛、氧化钇、氧化锡、碳化硅、氮化硅及其混合物。在一些实施方式中，根据用于把陶瓷泥浆施涂至陶瓷体的任意已知技术，可通过浇铸、浸涂或涂覆把堇青石-陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件的表面。例如，可使用如流涂机的设备来施涂堇青石-陶瓷复合粉浆，可通过真空把堇青石-陶瓷复合粉浆吸入该流涂机并到达堇青石整体件。例如，在共同转让的美国专利No.8,006,637中详细描述了流涂机。
在堇青石-陶瓷复合粉浆中的堇青石颗粒可具有堇青石中值粒度，且在堇青石-陶瓷复合粉浆中的陶瓷颗粒可具有陶瓷中值粒度。在非限制性说明实施方式中，堇青石颗粒可具有0.8微米-5微米或甚至1微米-2.5微米的堇青石中值粒度。例如，在一些实施方式中，堇青石中值粒度可为1微米-2微米或甚至1微米-1.5微米。所用堇青石颗粒可以是市售的堇青石粉末，或者，可以是通过把堇青石前体材料批料烧制成堇青石陶瓷制品并机械地把堇青石陶瓷制品减小到堇青石粉末来制备的堇青石粉末。在非限制性说明实施方式中，陶瓷颗粒可具有0.05微米-0.5微米或甚至0.05微米-0.45微米的陶瓷中值粒度。在一些实施方式中，陶瓷中值粒度可为0.05微米-0.4微米或甚至0.05微米-0.35微米。在其它一些实施方式中，陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度可小于0.5微米、小于0.4微米、小于0.3微米、小于0.2微米或小于0.1微米。如上所述，在堇青石-陶瓷复合粉浆中的堇青石颗粒具有小于堇青石整体件表面中值孔径的堇青石中值粒度，且在该堇青石整体件上形成堇青石-陶瓷复合膜。在一些实施方式中，在堇青石-陶瓷复合粉浆中的陶瓷颗粒可具有小于堇青石中值粒度的陶瓷中值粒度。
在非限制性示例实施方式中，以所述堇青石颗粒和陶瓷颗粒的总重量为基准计，堇青石-陶瓷复合粉浆中的堇青石颗粒相对于堇青石-陶瓷复合粉浆中的陶瓷颗粒的重量比例可为9:1(即，90重量％堇青石颗粒和10重量％陶瓷颗粒)-3:7(即30重量％堇青石颗粒和70重量％陶瓷颗粒)或7:3-3:7，例如9:1,8:2,7:3,4:6,5:5,4:6或3:7。在一些实施方式中，以存在于堇青石-陶瓷复合粉浆中的所述堇青石颗粒和陶瓷颗粒的总重量为基准计，所述堇青石-陶瓷复合粉浆可具有约5重量％-约30重量％的总固含量。
堇青石-陶瓷复合粉浆可以是基于水的或基于有机溶剂的，且可包括其它成分如粘合剂、分散剂、消泡剂及其组合。可通过研磨或类似的混合技术来混合堇青石-陶瓷复合粉浆中的堇青石颗粒、陶瓷颗粒、任何水性或有机溶剂以及任何其它成分。在一些实施方式中，所述混合步骤还促进减小混合物中微粒组分的尺寸。可将任意混合或尺寸减小过程执行合适的时间，来取得所需的密切混合程度和/或微粒组分的尺寸减小。所述混合可与涉及研磨介质的粒度减小同时进行，所述研磨介质例如氧化钇稳定的氧化锆珠，例如，在制备堇青石-陶瓷复合粉浆时添加至该粉浆。
堇青石-陶瓷复合粉浆可包括聚合物，例如聚乙二醇(PEG)或聚乙烯醇(PVA)。在示例实施方式中，以所述堇青石-陶瓷复合粉浆的总重量为基准计，所述堇青石-陶瓷复合粉浆可包括0重量％-10重量％的聚合物粘合剂。例如，在一些实施方式中，聚合物粘合剂可以约0重量％-5重量％或甚至0.1重量％-5重量％的量包含于粉浆中。在其它一些实施方式中，聚合物粘合剂可以0.5重量％-5重量％或甚至0.5重量％-4重量％的量包含于粉浆中。此外，所述粉浆还可包含一种或更多种分散剂。当存在时，分散剂可用于防止颗粒聚集。在一种实施方式中，合适的分散剂是它是4,5-二羟基-1,3-苯二磺酸二钠盐，可从伏路卡(Fluka)购买，但应理解可使用其它分散剂。在示例实施方式中，以所述堇青石-陶瓷复合粉浆的总重量为基准计，所述堇青石-陶瓷复合粉浆可包括小于0.5重量％，小于0.1重量％或小于0.05重量％的分散剂。
此外，粉浆还可包含消泡剂。当堇青石-陶瓷复合粉浆中的成分具有泡沫或类似表面活性剂的性质时，消泡剂可以是合适的。在一种实施方式中，合适的消泡剂是DC-B消泡乳液溶液，可从道康宁(Dow–Corning)购买，但应理解可使用其它消泡剂。在示例实施方式中，以所述堇青石-陶瓷复合粉浆的总重量为基准计，所述堇青石-陶瓷复合粉浆可包括小于0.1重量％，小于0.05重量％或小于0.01重量％的消泡剂。
任选的，在把粉浆施涂至整体件之前，例如可用溶剂如去离子水洗涤堇青石整体件，和/或用压缩空气吹干净该堇青石整体件，来除去任何散落的颗粒或碎片。当用水洗涤堇青石整体件时，可后续地在涂覆堇青石-陶瓷复合粉浆之前干燥该堇青石整体件。可通过在设定为100℃以上的烘箱中来实现干燥。例如，在一种实施方式中，把堇青石整体件在约120℃下的烘箱中放置5小时-24小时。
在制备了包含堇青石和陶瓷颗粒的粉浆以后，使用上述技术中的一种来把粉浆施涂至整体件。然后，烧制涂覆的堇青石整体件来形成复合膜整体件。烧制时，堇青石-陶瓷复合粉浆形成连接到堇青石整体件表面的堇青石-陶瓷复合膜。因为选择了适当尺寸的堇青石和陶瓷粉末，烧制后堇青石-陶瓷复合膜的膜表面可具有例如小于或等于0.3微米的膜中值孔径。在本文所述的实施方式中，烧制可包括把涂覆的堇青石整体件加热至约900℃-约1300℃或者约1100℃-约1200℃的烧制温度。例如，烧制可进行预定的时间，例如0.5小时-约5小时。可在任意合适的加热容器如烘箱或窑炉中执行烧制，且可包括任意合适的加热曲线，例如升温速率为0.5℃/分钟-5℃/分钟,0.5℃/分钟-2℃/分钟或1℃/分钟-2℃/分钟。
任选的，可重复堇青石-陶瓷复合粉浆的施涂和涂覆的堇青石整体件的烧制，直到取得所需的堇青石-陶瓷复合膜厚度。在一些实施方式中，可在堇青石-陶瓷复合粉浆的施涂和涂覆的堇青石整体件的烧制之间干燥涂覆的堇青石整体件。这种干燥可包括烘箱干燥，或者使用离心力的旋涂干燥。
在一些实施方式中，用于形成复合膜整体件的方法还可包括独立地混合堇青石粉浆和陶瓷粉浆，来形成堇青石-陶瓷复合粉浆。所述方法还可包括形成堇青石粉浆、陶瓷粉浆或两者。
混合堇青石粉浆和陶瓷粉浆来形成堇青石-陶瓷复合粉浆，可包括把两种粉浆倒入单一容器并搅拌(例如通过磁力搅拌)，直到获得均匀的混合物。混合之后，可通过例如倒入穿过精细筛网来过滤。混合之后，可通过例如使用真空泵来脱气。用来形成堇青石-陶瓷复合粉浆的堇青石粉浆可包括具有根据如上所述的实施方式的堇青石中值粒度的堇青石颗粒。类似地，用来形成堇青石-陶瓷复合粉浆的陶瓷粉浆可包括具有根据如上所述的实施方式的陶瓷中值粒度的陶瓷颗粒。堇青石粉浆、陶瓷粉浆或两者还可包括水性或有机溶剂作为载体，和包括其它成分如粘合剂、分散剂和消泡剂，或其组合。在堇青石粉浆和/或陶瓷粉浆中的其它成分的组成和重量百分数的量，可如上相对于堇青石-陶瓷复合粉浆所述。在一些实施方式中，如果以堇青石或陶瓷颗粒在各粉浆的重量为基准计，制备的堇青石粉浆和陶瓷粉浆都具有相同重量百分数的总固体，可简化混合计算。由此，在堇青石-陶瓷复合粉浆中的堇青石的重量百分数等于添加至堇青石-陶瓷复合粉浆的堇青石粉浆的重量除以堇青石-陶瓷复合粉浆的总重量。
形成堇青石粉浆可包括首先将堇青石颗粒与如水或有机溶剂的载体，研磨介质，和选自粘合剂、分散剂和消泡剂的组的至少一种成分混合，来形成堇青石混合物。为了避免污染问题，如果使用了水，优选地水是蒸馏水或去离子水。然后，可研磨堇青石混合物直到其中的堇青石颗粒具有小于堇青石整体件的表面中值孔径的中值粒度，该粉浆将施涂至该堇青石整体件上。可通过用于减小堇青石材料粒度的任意合适的方法来实现研磨堇青石混合物。在示例实施方式中，研磨可包括湿法研磨或球磨合适的时间，如4小时-24小时。例如，通过用氧化铝研磨介质或氧化钇稳定的氧化锆研磨介质球磨约4小时，可把堇青石粒度从市售的约11.6微米减小到约2.5微米。把相同的技术继续约24小时，可导致11.6微米的堇青石颗粒尺寸减小到约1.0微米。
形成陶瓷粉浆可包括将陶瓷颗粒与如水或有机溶剂的载体、粘合剂、分散剂和消泡剂混合，来形成陶瓷粉浆。可通过任意已知技术例如磁力棒搅拌或例如普通的球磨，来分散以这种方式制备的陶瓷粉浆。
因此，如通过复合膜整体件和制备该复合膜整体件的方法的各种方面和实施方式所述，设想了复合膜整体件满足或超过聚合物涂覆能力要求，因为膜表面的中值孔径足够的小，特别是在0.3微米以下。膜表面的中值孔径较小，是由于用相对大的堇青石颗粒和相对小的陶瓷颗粒形成堇青石-陶瓷复合膜。具体来说，当堇青石-陶瓷复合膜和堇青石整体件之间的特征如热膨胀系数严格匹配时，堇青石-陶瓷复合膜是基本上不含裂纹的，由此提供可适于施涂聚合物涂层的基底。此外，堇青石-陶瓷复合膜取得高的涂覆能力和小的中值孔径，且无需在堇青石-陶瓷复合膜和堇青石整体件之间形成或生长中间层或居间层。通过下文提供的实施例，复合膜整体件及其制备方法的这些和其它方面将变得更加显而易见。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本发明的实施方式。
实施例1
制备2.5微米的堇青石-氧化铝复合粉浆
本实施例描述了使用具有2.5微米的平均粒度的不同重量比例的堇青石和氧化铝材料，来制备两种堇青石-氧化铝复合粉浆。堇青石是市售的研磨堇青石材料，其初始中值孔径(d50)为11.6微米，且氧化铝是A-16，初始d50为0.2–0.3微米。在两种粉浆中的第一种粉浆中，堇青石相对于氧化铝的比例是7:3，以及在两种粉浆中的第二种粉浆中，堇青石相对于氧化铝的比例是3:7。
通过把0.26克的(4,5-二羟基-1,3-苯二磺酸二钠盐，伏路卡(Fluka))和237.5克去离子水(DI)添加到1升的塑料罐中，然后添加87.0克的研磨堇青石粉末、102.7克的20重量％聚乙二醇(PEG,MW＝20,000,伏路卡(Fluka))以及7.4克的1％DC-B消泡剂乳液溶液(道康宁(Dow-Corning))，来制备具有15％固含量和4％聚合物粘合剂的水基堇青石。然后，把混合物转移到1.5加仑(6.6升)的罐子中，该罐子装载了12磅(5.4千克)的3/8英寸(0.95厘米)氧化钇稳定的氧化锆介质。在61转/分钟(rpm)下球磨4小时后，用麦克特拉克(Microtrac)粒度分析仪测量堇青石粒度。如图3所示，粒度从11.6微米减小到2.5微米。在后文中，将所得堇青石粉浆称为2.5微米堇青石粉浆。
然后制备具有15％固含量和4％聚合物粘合剂的水基氧化铝。把0.26克溶于237.5克去离子水后，把87.0克的A-16氧化铝添加至该混合物，然后添加102.7克的20重量％PEG溶液和7.4克的1％DC-B消泡剂乳液溶液。进一步搅拌所得氧化铝粉浆，或者球磨15小时-20小时。
通过把氧化铝粉浆和2.5微米堇青石粉浆混合，来制备两种15％堇青石-氧化铝复合粉浆的600克的批料。第一种是70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合粉浆，其由420克的2.5微米堇青石粉浆和180克的氧化铝粉浆制成。第二种是30重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合粉浆，其由180克的2.5微米堇青石粉浆和420克的氧化铝粉浆制成。筛选复合粉浆，并在制备中真空干燥来制备复合膜。
实施例2
制备1.0微米的堇青石-氧化铝复合粉浆
本实施例描述了使用具有1.0微米的平均粒度的不同重量比例的堇青石和氧化铝材料，来制备两种堇青石-氧化铝复合粉浆。本实施例所用堇青石是精细堇青石材料，其初始d50为约2微米，且氧化铝是A-16，其初始d50为0.2–0.3微米。在两种粉浆中的第一种粉浆中，堇青石相对于氧化铝的比例是7:3，以及在两种粉浆中的第二种粉浆中，堇青石相对于氧化铝的比例是3:7。
首先，通过把0.26克的和237.5克去离子水添加到1升的塑料罐中，然后添加87.0克的研磨堇青石粉末、102.7克的20重量％PEG以及7.4克的1％DC-B消泡剂乳液溶液，来制备具有15％固含量和4％聚合物粘合剂的水基堇青石。然后，把混合物转移到1.5加仑(6.6升)的罐子中，该罐子装载了12磅(5.4千克)的3/8英寸(0.95厘米)氧化钇稳定的氧化锆介质。在61转/分钟(rpm)下球磨24小时后，用麦克特拉克(Microtrac)粒度分析仪测量堇青石粒度。如图4所示，粒度从2微米减小到1微米。在后文中，将所得堇青石粉浆称为1.0微米堇青石粉浆。
然后制备具有15％固含量和4％聚合物粘合剂的水基氧化铝。把0.26克溶于237.5克去离子水后，把87.0克的A-16氧化铝添加至该混合物，然后添加102.7克的20重量％PEG溶液和7.4克的1％DC-B消泡剂乳液溶液。进一步搅拌所得氧化铝粉浆，或者球磨15-20小时。
通过把氧化铝粉浆和1.0微米堇青石粉浆混合，来制备两种15％堇青石-氧化铝复合粉浆的600克的批料。第一种批料是70重量％堇青石1.0微米堇青石-氧化铝复合粉浆，其由420克的1.0微米堇青石粉浆和180克的氧化铝粉浆制成。第二种批料是30重量％堇青石1.0微米堇青石-氧化铝复合粉浆，其由180克的1.0微米堇青石粉浆和420克的氧化铝粉浆制成。筛选复合粉浆，并在制备中真空干燥来制备复合膜。
实施例3
未支撑的2.5微米堇青石-氧化铝复合膜
本实施例描述了两种未支撑的堇青石-氧化铝复合膜的制备，第一种是70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜，且第二种是30重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜。通过把实施例1所述的相应粉浆粉浆-涂覆到滤纸上，然后干燥和烧制，来制备复合膜。
把来自实施例1的70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合粉浆倒入底部具有级别40WhatmanTM滤纸的陶瓷布氏漏斗(Buchner funnel)中。在真空下从粉浆除去水之后，形成薄的滤饼层。然后，把滤饼和滤纸一起从漏斗取出。滤纸干燥后，从滤纸撕下滤饼，并在1150℃下烧制2小时。用压汞仪表征所得70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜的孔径和孔径分布。以相同的方式制备和表征30重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜。
图5显示了这两种未支撑的堇青石膜的孔径和孔径分布。70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜的平均孔径是0.27微米，且30重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜的平均孔径是0.12微米，两者都在涂覆能力目标(小于0.3微米)以下。
作为比较的基础，使用2.5微米堇青石粉浆，以相同的方式制备未支撑的2.5微米仅含堇青石的膜。发现该2.5微米仅含堇青石的膜的孔径是0.4微米-0.6微米。
实施例4
未支撑的1.0微米堇青石-氧化铝复合膜
本实施例描述了其它两种未支撑的堇青石-氧化铝复合膜的制备，第一种是70重量％堇青石1微米堇青石-氧化铝复合膜，且第二种是30重量％堇青石1微米堇青石-氧化铝复合膜。通过把实施例2所述的相应粉浆粉浆-涂覆到滤纸上，然后干燥和烧制，来制备复合膜。
图6显示了这两种未支撑的堇青石膜的孔径和孔径分布。70重量％堇青石1微米堇青石-氧化铝复合膜的孔径范围是约0.08微米-约0.35微米，平均孔径为约0.22微米。30重量％堇青石1微米堇青石-氧化铝复合膜的孔径范围是约0.07微米-约0.22微米，平均孔径为约0.14微米。两种复合膜的平均孔径都在涂覆能力目标(小于0.3微米)以下。
作为比较的基础，使用1.0微米堇青石粉浆，以相同的方式制备未支撑的1.0微米仅含堇青石的膜。发现该1.0微米仅含堇青石的膜的孔径是0.33微米。
实施例5
沉积在堇青石整体件基材上的堇青石-氧化铝复合膜
本实施例描述了涂覆到堇青石整体件基材上的堇青石-氧化铝复合膜。本实施例的堇青石整体件基材由下述堇青石制成：该堇青石的外径为1英寸(2.74厘米)，长度为2英寸(5.48厘米)，包括平均直径为1.8毫米且均匀地分布在横截面区域的91个圆形通道。整体件基材的中值孔径为4.4微米，且孔隙率为46–47％，如压汞仪所测。用去离子水穿过通道冲洗基材，并在120℃的烘箱中过夜完全干燥。
本实施例中使用实施例1的70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合粉浆。所述复合粉浆包括的总固含量为15％。复合粉浆中堇青石相对于氧化铝的重量比例是7:3。涂覆前，筛选和真空干燥该复合粉浆。
把整体件基材安装到流涂机中，并通过压差把槽中的复合粉浆引入整体件基材的内部通道中。在粉浆与整体件基材壁的内部通道表面接触20秒钟后，把粉浆释放回槽中。然后，拆卸涂覆的整体件基材，并在525rpm下旋涂1分钟。在120℃下干燥2小时后，用相同的粉浆以相同的方式再次涂覆该涂覆的整体件基材。把两次涂覆的整体件基材再次在120℃下干燥2小时，且使用1℃/分钟的加热速率、1150℃下2小时的停留时间、和－2℃/分钟的冷却速率来烧制该整体件基材。
图1和2显示了在整体件上形成的所得膜的通道表面的SEM图像。图7显示了涂覆在整体件上的堇青石-陶瓷复合膜的孔径和孔径分布。用SEM对70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜进行的表征，表明复合膜不含裂纹且膜厚为约15微米。用压汞仪表征相同的复合膜显示了两个峰：一个用于整体件基材，一个用于复合膜。代表整体件基材的峰表明整体件基材的孔径为4微米，与从纯整体件基材上获得的压汞仪数据一致。代表支撑在整体件基材上70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜的峰显示0.05微米-0.4微米的宽的孔径分布，最大峰值为约0.3微米，与从实施例3的未支撑的70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜所得的数据一致。
实施例6
膜涂覆能力
本实施例描述了把粗堇青石颗粒和精细氧化铝颗粒混合(如通过实施例1-5上述)，对孔结构和后续的聚合物涂层的涂覆能力的影响。本实施例使用从2.5微米堇青石粉浆制备的、在相同类型的1英寸乘以2英寸(2.74厘米×5.48厘米)堇青石整体件基材上的仅含堇青石的膜。使用1℃/分钟的加热速率、1150℃下2小时的停留时间、和－2℃/分钟的冷却速率来烧制该堇青石膜。利用相同的步骤来制备第二种仅含堇青石的膜，但使用1.8微米堇青石粉浆来取得2.5微米堇青石粉浆。
如图8所示，所得支撑在整体件基材上仅含2.5微米堇青石膜的孔径分布，可与实施例5中制备的70重量％堇青石2.5微米堇青石-氧化铝复合膜比拟。与具有0.05微米-0.4微米的粒度分布、峰值在0.3微米附近的堇青石-陶瓷复合膜的粒度分布相比，仅含堇青石的膜具有0.1微米-1.0微米的宽粒度分布，峰值在0.4微米-0.5微米附近。据信，把精细氧化铝颗粒添加至堇青石膜导致基本上消除在0.4微米-1.0微米尺寸范围的孔，且增加了在0.05微米-0.1微米尺寸范围的更小的孔。据信，相对于后续施涂的聚合物涂层，更小的孔构建更高的涂覆能力。
通过后续的聚合物涂层来评估实施例5的堇青石-氧化铝复合膜的涂覆能力，并与本实施例制备的作为对照的两种仅含堇青石的膜进行比较。表1比较了两种堇青石膜的涂覆能力和堇青石-氧化铝复合膜的涂覆能力。通过施涂稀释的乳液涂层和粉浆涂层来实现聚合物涂层，然后进行真空密封测试。总计将3种稀释的乳液涂层和9种粉浆涂层施涂到两种仅含堇青石的膜上，但它们仍然不能真空密封，表明涂覆能力较差。相反，在只施涂1种稀释的乳液涂层和5-7种粉浆涂层之后，堇青石-氧化铝复合膜就取得了真空密封性。
表1：在沉积的膜上的聚合物涂层的涂覆能力比较
在第一方面，本发明提供复合膜整体件。所述复合膜整体件可包括堇青石整体件，该堇青石整体件具有表面中值孔径为约1微米-约15微米的表面。所述复合膜整体件还可包括连接到所述表面的堇青石-陶瓷复合膜。所述堇青石-陶瓷复合膜可形成所述堇青石-陶瓷复合膜的膜表面。所述堇青石-陶瓷复合膜可以是由混合物形成的复合材料，该混合物包括例如堇青石颗粒和陶瓷颗粒。所述堇青石颗粒的堇青石中值粒度可小于所述陶瓷整体件的表面中值孔径。陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度可小于堇青石中值粒度。把堇青石颗粒和陶瓷颗粒的各中值粒度结合，可产生具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。
在第二方面，本发明提供第一方面所述的复合膜整体件，其中所述堇青石中值粒度是约0.8微米-约5微米。
在第三方面，本发明提供第一方面或第二方面所述的复合膜整体件，其中所述陶瓷中值粒度是约0.05微米-约0.5微米。
在第四方面，本发明提供第一到第三方面中任一项所述的复合膜整体件，其中所述陶瓷颗粒是选自下组的陶瓷材料：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、沸石、莫来石(mullite)、二氧化钛、氧化钇、氧化锡、碳化硅、氮化硅及其混合物。
在第五方面，本发明提供第一到第三方面中任一项所述的复合膜整体件，其中所述陶瓷颗粒是氧化铝颗粒。
在第六方面，本发明提供第一方面或第五方面所述的复合膜整体件，其中所述陶瓷中值粒度是约0.05微米-约0.5微米。
在第七方面，本发明提供第一方面到第五方面中任一项所述的复合膜整体件，其中所述陶瓷中值粒度是约0.2微米-约0.3微米。
在第八方面，本发明提供第一方面到第七方面中任一项所述的复合膜整体件，其中在所述混合物中所述堇青石颗粒相对于所述陶瓷颗粒的重量比例是9:1-3:7。
在第九方面，本发明提供第一方面到第七方面中任一项所述的复合膜整体件，其中在所述混合物中所述堇青石颗粒相对于所述陶瓷颗粒的重量比例是7:3-3:7。
在第十方面，本发明提供第一到第九方面中任一项所述的复合膜整体件，其中所述膜表面不含裂纹。
在第十一方面中，本发明提供一种用于形成复合膜整体件的方法，所述方法包括：把堇青石-陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件的表面，所述堇青石-陶瓷复合粉浆包括堇青石颗粒和除了堇青石颗粒以外的陶瓷颗粒，来形成涂覆的堇青石整体件，所述整体件的表面具有约1微米-约15微米的表面中值孔径，所述堇青石颗粒具有小于表面中值孔径的堇青石中值粒度，所述陶瓷颗粒具有小于堇青石中值粒度的陶瓷中值粒度；以及烧制所述涂覆的堇青石整体件来形成复合膜整体件，在烧制时所述堇青石-陶瓷复合粉浆形成连接到所述堇青石整体件表面上的堇青石-陶瓷复合膜，且所述堇青石-陶瓷复合膜具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。
在第十二方面，本发明提供根据第十一方面的方法，其中以所述堇青石颗粒和陶瓷颗粒的总重量为基准计，所述堇青石-陶瓷复合粉浆包括30重量％-90重量％的堇青石颗粒和10重量％-70重量％的陶瓷颗粒。
在第十三方面，本发明提供根据第十一或十二方面的方法，其中所述堇青石中值粒度是约0.8微米-约5微米，以及所述陶瓷中值粒度是约0.05微米-约0.5微米。
在第十四方面，本发明提供根据第十一到十三方面中任一项所述的方法，其中所述膜表面不含裂纹。
在第十五方面，本发明提供根据第十一到十四方面中任一项所述的方法，其中所述陶瓷颗粒是选自下组的陶瓷材料：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、沸石、莫来石(mullite)、二氧化钛、氧化钇、氧化锡、碳化硅、氮化硅及其混合物。
在第十六方面，本发明提供根据第十一到十四方面中任一项所述的方法，其中所述陶瓷颗粒是氧化铝颗粒。
在第十七方面，本发明提供根据第十一到十六方面中任一项所述的方法，其中所述烧制包括把所述涂覆的堇青石整体件加热到约900℃-约1300℃的烧制温度。
在第十八方面，本发明提供根据第十一到十七方面中任一项所述的方法，其中所述堇青石-陶瓷复合粉浆还包括选自下组的其它成分：粘合剂、分散剂及其组合。
在第十九方面，本发明提供根据第十一到十八方面中任一项所述的方法，其中所述方法还包括混合堇青石粉浆和陶瓷粉浆来形成所述堇青石-陶瓷复合粉浆。
在第二十方面，本发明提供根据第十九方面所述的方法，其中所述方法还包括：将堇青石颗粒与载体，研磨介质，和选自粘合剂、分散剂和消泡剂中的至少一种成分混合，来形成堇青石混合物；以及，研磨所述堇青石混合物直到其中的堇青石颗粒具有小于所述堇青石整体件的表面中值孔径的中值粒度，来形成堇青石粉浆。
在第二十一方面，本发明提供根据第十九或二十方面所述的方法，其中所述方法还包括：将所述陶瓷颗粒与载体、粘合剂和分散剂混合，来形成所述陶瓷粉浆。
在第二十二方面，本发明提供根据第十九到二十一方面中任一项所述的方法，其中以存在于各粉浆中的所述堇青石颗粒和所述陶瓷颗粒的总重量为基准计，所述堇青石粉浆、所述陶瓷粉浆以及所述堇青石-陶瓷复合粉浆各自具有约5重量％-约30重量％的固含量。
在第二十三方面，本发明提供根据第十一到二十二方面中任一项所述的方法，其中所述方法还包括重复所述堇青石-陶瓷复合粉浆的施涂和所述涂覆的堇青石整体件的烧制，直到取得所需厚度的堇青石-陶瓷复合膜。
在第二十四方面，本发明提供根据第十一到二十三方面中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在所述堇青石-陶瓷复合粉浆的施涂和所述涂覆的堇青石整体件的烧制之间，干燥所述涂覆的堇青石整体件。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种复合膜整体件，其包含：
堇青石整体件，该堇青石整体件具有表面中值孔径为1微米-15微米的表面；
连接到所述堇青石整体件表面的、具有膜表面的堇青石-陶瓷复合膜；
其中：
所述堇青石-陶瓷复合膜是由混合物形成的复合材料，该混合物包括：
堇青石颗粒，其具有小于表面中值孔径的堇青石中值粒度；以及
除了所述堇青石颗粒以外的陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒的陶瓷中值粒度小于所述堇青石中值粒度；以及
所述膜表面具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径。
2.如权利要求1所述的复合膜整体件，其特征在于，所述堇青石中值粒度是0.8微米-5微米以及所述陶瓷中值粒度是0.05微米-0.5微米。
3.如权利要求1或权利要求2所述的复合膜整体件，其特征在于，所述陶瓷颗粒是选自下组的陶瓷材料：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、沸石、莫来石、二氧化钛、氧化钇、氧化锡、碳化硅、氮化硅及其混合物。
4.如权利要求1或权利要求2所述的复合膜整体件，其特征在于，所述陶瓷颗粒是氧化铝颗粒。
5.如权利要求4所述的复合膜整体件，其特征在于，所述陶瓷中值粒度是0.05微米-0.5微米。
6.如权利要求4所述的复合膜整体件，其特征在于，所述陶瓷中值粒度是0.2微米-0.3微米。
7.如权利要求3所述的复合膜整体件，其特征在于，在所述混合物中所述堇青石颗粒相对于所述陶瓷颗粒的重量比是9:1-3:7。
8.如权利要求3所述的复合膜整体件，其特征在于，所述膜表面不含裂纹。
9.一种用于形成复合膜整体件的方法，所述方法包括：
把堇青石-陶瓷复合粉浆施涂至堇青石整体件的表面，所述堇青石-陶瓷复合粉浆包括堇青石颗粒和除了堇青石颗粒以外的陶瓷颗粒，来形成涂覆的堇青石整体件，所述整体件的表面具有1微米-15微米的表面中值孔径，所述堇青石颗粒具有小于表面中值孔径的堇青石中值粒度，所述陶瓷颗粒具有小于堇青石中值粒度的陶瓷中值粒度；以及
烧制所述涂覆的堇青石整体件来形成复合膜整体件，在烧制时所述堇青石-陶瓷复合粉浆形成连接到所述堇青石整体件表面上的堇青石-陶瓷复合膜，并所述堇青石-陶瓷复合膜具有小于或等于0.3微米的膜中值孔径的膜表面。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，以所述堇青石颗粒和所述陶瓷颗粒的总重量为基准计，所述堇青石-陶瓷复合粉浆包括30重量％-90重量％的所述堇青石颗粒和10重量％-70重量％的所述陶瓷颗粒。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述堇青石中值粒度是0.8微米-5微米以及所述陶瓷中值粒度是0.05微米-0.5微米。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述膜表面不含裂纹。
13.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒是选自下组的陶瓷材料：氧化铝、二氧化铈、二氧化硅、氧化锆、沸石、莫来石、二氧化钛、氧化钇、氧化锡、碳化硅、氮化硅及其混合物。
14.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒是氧化铝颗粒。
15.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于，所述烧制包括把所述涂覆的堇青石整体件加热到900℃-1300℃的烧制温度。
16.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于，所述堇青石-陶瓷复合粉浆还包括选自下组的其它成分：粘合剂、分散剂及其组合。
17.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括混合堇青石粉浆和陶瓷粉浆来形成所述堇青石-陶瓷复合粉浆。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括：
将堇青石颗粒与载体，研磨介质，和选自粘合剂、分散剂和消泡剂中的至少一种成分混合，来形成堇青石混合物；以及
研磨所述堇青石混合物直到其中的堇青石颗粒具有小于所述堇青石整体件的表面中值孔径的中值粒度，来形成堇青石粉浆。
19.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括：
将所述陶瓷颗粒与载体、粘合剂和分散剂混合，来形成所述陶瓷粉浆。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，以存在于各粉浆中的所述堇青石颗粒和所述陶瓷颗粒的总重量为基准计，所述堇青石粉浆、所述陶瓷粉浆以及所述堇青石-陶瓷复合粉浆各自具有5重量％-30重量％的固含量。
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