CN104667762A - 一种无缝金属管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无缝金属管的制备方法。先将金属粉末配置成均匀的悬浮液，以多孔陶瓷管为模具，利用多孔管立体孔道的毛细管作用力及流体的可渗透性，将金属粉末涂层制备于多孔模具内表面，形成超薄的滤管坯体，经干燥后通过预烧结处理除去滤管坯体中的有机添加剂，最后将滤管坯体高温烧结即可制得一种无缝金属管的制备方法。本方法可直接制备超薄、超细的无缝金属管的制备方法。本方法不仅生产工艺简单，而且滤管均匀、传质阻力低。
Description
技术领域
本发明涉及一种无缝金属管的制备方法，尤其涉及一种薄壁孔径分布窄的多孔细管，即通过粉末涂层技术将金属粉术制备于多孔陶瓷支撑体内表面。直接在大孔金属基材上进行金属粉末涂层和烧结来制备金属膜。
背景技术
多孔金属尤其是多孔不锈钢是重要的过滤材料，但由于其过滤精度、机械强度与过滤阻力等性能参数之间相互制约，普通多孔金属滤材的使用受到很大限制。例如，提高过滤精度则需要降低孔径，但这势必会增加传质阻力；降低滤材厚度能减少传质阻力，却又会降低机械强度。有效的解决方法是形成孔径梯度的金属膜。具体地说，即以大孔径的多孔金属作为支撑体提供机械强度，表面负载一层微孔金属来控制孔径，这样既保证了过滤精度和机械强度又减少了传质阻力。除作为过滤材料之外，一种无缝金属管的制备方法还可以用作陶瓷、分子筛、生物材料、聚合物、金属等各种功能材料的载体。
一种无缝金属管的制备方法一般通过金属粉末涂层法制备，涂层厚度为几十至几百微米。但直接在大孔金属基材上进行涂层时，金属粉术会进入并堵塞基材的孔道，这样不仅会增加传质阻力而且会造成涂层缺陷，因此，在膜层与基材间还需要一层或多层具有不同孔径的过渡层。已商业化的多孔不锈钢微滤膜往往具有这种梯度孔径结构。一方面，增加过渡层不仅需要增加涂层操作，还需相应增加烧结工序，因而增加了生产成本；另一方面，增加过渡层还意味着传质阻力的增加。申请号为200510033633.3的中国专利公开的一种金属膜制备方法是将不同粒径的金属粉末配成悬浮液置于模具中，通过离心成型法制得管状坯体，最后将坯体烧结，金属粉末的粒径沿管壁从外向内逐渐减小。该法避免了多次涂层和烧结的问题，但将粒径相差悬殊的金属颗粒一次性烧结时，由于金属粉末的适宜烧结条件取决于各自的粒径大小，因此在选择烧结条件时难免顾此失彼。
此外，由于加工工艺问题，金属滤芯的直径通常比较粗，长径比小，很难满足错流需要，因此，只能用于死端过滤。如何制备高通量、超薄的毛细管是不锈钢滤芯发展的新的方向。
发明内容
鉴于现有一种无缝金属管的制备方法生产过程中所面临的问题，本发明的目的是提供一种操作更为简单的制备工艺，制备超薄毛细不锈钢滤管。
本发明的技术方案先将金属粉末配置成均匀的悬浮液，以多孔陶瓷管为模具，将金属粉末涂层制备于多孔模具内表面，经干燥后通过预烧结处理除去涂层中的有机添加剂，最后将金属粉末涂层高温烧结即可制得一种无缝金属管的制备方法。本方法可直接制备超薄、超细的无缝金属管的制备方法。本方法不仅生产工艺简单，而且滤管均匀、传质阻力低。
具体技术方案如下：A.将金属粉体与有机添加剂按质量比1∶(1～5)混合均匀形成悬浮液；B.将步骤A中所述悬浮液涂覆于多孔陶瓷模具内表面，经干燥箱干燥后形成多孔金属膜胚体；C.将陶瓷填料填充在步骤B中所述的多孔金属膜胚体内，然后将装有多孔金属胚体和陶瓷填料的多孔陶瓷模具置于烧结炉中，在保护性气氛下对多孔金属胚体进行预烧结处理除去多孔金属膜胚体中有机添加剂、烧结处理、冷却处理后将多孔陶瓷外膜与烧结体分离，得多孔超薄型无缝金属膜管。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于涂层用金属粉末优选不锈钢粉、镍粉或银粉。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于涂层用金属粉末的粒径为0.1～25μm。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于涂层厚度为50～1000μm。
上所述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于所述的多孔陶瓷模具的外径为1～100mm，壁厚1～10mm，平均孔径为1～500μm。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于制备涂层采用过滤法、浸渍法制备。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于有机添加剂为聚乙烯醇、甲基纤维素或聚乙烯缩丁醛。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于所述的热处理过程在空气或保护性气氛(如N2、Ar或混合气)中进行。
上述的一种无缝金属管的制备方法，其特征在于所述的热处理的温度为200～500℃，升温速率为0.5～2℃/min，保温时间为0.5～5h。
有益效果
与常规梯度孔径结构的金属膜相比，本发明技术无需过渡层而可以直接在大孔基材表面制得金属膜，不仅生产工艺简单，而且膜层均匀、传质阻力低。
附图说明
图1本发明所公开的一种无缝金属膜管的制备方法示意图：(1)多孔陶瓷外模，(2)多孔金属膜胚体，(3)陶瓷填料。
图2多孔不锈钢膜表面SEM照片。
具体实施方案
实施例1
结合图1本实施案例一种无缝金属管的制备方法如下：
(1)基材为多孔氧化铝管，外径13mm，壁厚2.5mm，平均孔径2μm。
(2)将10g平均粒径为3μm的SS-310L不锈钢粉与50ml 3％的聚乙烯醇(PVA)溶液混合并强烈搅拌形成料浆，将料浆倒入基材内，浸渍2min排除多余浆料自然晾干。
(3)将坯体在氩气气氛下以1℃/min的速率加热到400℃，保温1h，以脱除各种有机添加剂。然后在真空条件下，以5℃/min的速率升温至1050℃，保温1.5h即可制得多孔不锈钢膜。
(4)其表面SEM显微照片如图2所示，可见多孔不锈钢膜表面平整、孔径分布均匀、缺陷少；膜层厚约120μm，膜厚分布均匀，未见不锈钢粉末堵塞基材孔道。在较大的基材孔口，不锈钢粉末成功地以架桥的方式连续成膜。采用泡压法测得不锈钢膜的平均孔径为0.2μm。
实施例2
结合图1本实施案例一种无缝金属管的制备方法如下：
(1)所选基材为多孔碳化硅，外径5mm，内径3mm，长100cm，平均孔径为0.2μm。
(2)将50g平均粒径为粒径在10～25μm的SS-316L不锈钢粉与50ml 3％的聚乙烯醇(PVA)溶液混合并强烈搅拌形成料浆，将料浆均匀刷涂于基材表面，自然晾干。
(3)将坯体在空气气氛下以1℃/min的速率加热到300℃，保温1h，以脱除各种有机添加剂。然后在真空条件下，以5℃/min的速率升温至1200℃，保温1.5h即可制得多孔不锈钢膜。
(4)所得不锈钢膜的膜层厚度约100μm，泡压法测得其平均孔径为3.6μm。
实施例3
结合图1本实施案例一种无缝金属管的制备方法如下：
(1)同实施例1
(2)将多孔镍管浸入80℃的熔化硬脂酸中2min，取出冷却，用1000目砂纸打磨，除去表面多余的硬脂酸。
(3)同实施例1的步骤(3)、(4)。
(4)所得不锈钢膜的膜层厚度约50μm，泡压法测得其平均孔径为0.4μm。
实施例4
结合图1本实施案例一种无缝金属管的制备方法如下：
(1)同实施例2的步骤(1)。
(2)同实施例1的步骤(2)。
(3)同实施例1的步骤(3)，但金属粉末为平均粒径为3μm的金属镍粉。
(4)将坯体在氩气气氛下以0.5℃/min的速率加热到300℃，保温5h，以脱除各种有机添加剂。然后在真空条件下，以2℃/min的速率升温至700℃，保温1.5h即可制得多孔镍膜。
(5)所得金属镍膜的膜层厚度约20μm，泡压法测得其平均孔径为0.1μm。
实施例5
结合图1本实施案例一种无缝金属管的制备方法如下：
(1)同实施例1的步骤(1)、(2)。
(2)同实施例1的步骤(3)，但金属粉末为平均粒径为5μm的金属银粉。
(3)同实施例1的步骤(4)。但最后烧结温度为600℃。
(4)所得金属银膜的膜层厚度约50μm，泡压法测得其平均孔径为0.2μm。
实施例6
结合图1本实施案例一种无缝金属管的制备方法如下：
(1)同实施例1的步骤(1)，但填充剂为聚乙烯缩丁醛(PVB)。
(2)将多孔不锈钢基材浸入3wt％的聚乙烯缩丁醛(PVB)的乙醇溶液中2min，自然晾干，重复此操作3次，采用1000目砂纸打磨，去除表面多余的聚乙烯缩丁醛。
(3)同实施例1的步骤(3)、(4)。
(4)所得不锈钢膜的膜层厚度约100μm，泡压法测得其平均孔径为0.5μm。
Claims (9)
1.一种无缝金属管的制备方法，其特征在于具体步骤为：A.将金属粉体与有机添加剂按质量比1∶(1～5)混合均匀形成悬浮液；B.将步骤A中所述悬浮液涂覆于多孔陶瓷模具(1)内表面，经干燥箱干燥后形成多孔金属膜胚体(2)；C.将陶瓷填料(3)填充在步骤B中所述的多孔金属膜胚体(2)内，然后将装有多孔金属胚体(2)和陶瓷填料(3)的多孔陶瓷模具(1)置于烧结炉中，在保护性气氛下对多孔金属胚体(2)进行预烧结处理除去多孔金属膜胚体(2)中有机添加剂、烧结处理、冷却处理后将多孔陶瓷外膜(1)与烧结体分离，得多孔超薄型无缝金属膜管。
2.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于涂层用金属粉末优选不锈钢粉、镍粉或银粉。
3.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于涂层用金属粉末的粒径为0.1～25μm。
4.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于涂层厚度为50～1000μm。
5.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于所述的多孔陶瓷模具的外径为1～100mm，壁厚1～10mm，平均孔径为1～500μm。
6.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于制备涂层采用过滤法、浸渍法制备。
7.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于有机添加剂为聚乙烯醇、甲基纤维素或聚乙烯缩丁醛。
8.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于所述的热处理过程在空气或保护性气氛(如N2、Ar或混合气)中进行。
9.按照权利要求1所述的无缝金属管的制备方法，其特征在于所述的热处理的温度为200～500℃，升温速率为0.5～2℃/min，保温时间为0.5～5h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150603 |