CN104759629B - 用于过滤的柔性多孔金属箔及柔性多孔金属箔的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了柔性多孔金属箔及柔性多孔金属箔的制备方法，所述柔性多孔金属箔是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度＞200μm且≤1500μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％。柔性多孔金属箔制备方法的步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(2)将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内并使之干燥形成一均质的膜片；(3)对膜片进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度；(4)将压制后膜片进行烧结后得到柔性多孔金属箔。

Description

用于过滤的柔性多孔金属箔及柔性多孔金属箔的制备方法
本发明的申请人于2014年10月31日提交了申请号为2014106089803、名称“柔性多孔金属箔及其制备方法”的发明专利申请。该在先申请的说明书中提供的柔性多孔金属箔及其制备方法可能与本申请存在技术上的关联。由于该在先申请在本申请的申请日尚未公开，故本说明书的下述内容中多涉及到该在先申请中的内容，以便公众在阅读本申请文件时能够更为全面、清楚了解本柔性多孔金属箔及其制备技术。
技术领域
本发明涉及烧结金属多孔材料及其制备，具体涉及柔性多孔金属箔及柔性多孔金属箔的制备方法。
背景技术
烧结金属多孔材料的主要用作过滤材料。在具体应用中，需将烧结金属多孔材料制成一定形状和构造的过滤元件，然后将过滤元件安装到过滤装置中。现有的烧结金属多孔材料过滤元件基本上都为刚性的管型或板型结构。它们的制备原理类似，即大致上为：先通过专门的成型模具将构成该金属多孔材料的原料粉压制成管型或板型的压坯(一般采用等静压成型技术)，然后再对压坯进行烧结，烧结后得到产品。
上述管型或板型的烧结金属多孔材料过滤元件由于受其形状、构造以及附带而来的对过滤装置及系统的相应要求的影响，使用范围受限。由于烧结金属多孔材料过滤元件在化学侵蚀的抵抗性、材料不可逆污染抵抗性、机械强度等方面上相比目前的过滤元件(例如有机过滤膜)具有更强的优势，因此，开发出在多个领域中能够相应替代原有过滤元件的新型烧结金属多孔材料过滤元件很有意义。
在上述背景基础上，申请人开创性提出开发一种柔性多孔金属箔。即，由金属多孔材料所构成可比较自由的弯曲甚至可折迭的薄片。
论文“Ti-Al金属间化合物多孔材料的研究进展，江垚等，中国材料进展，第29卷，第3期，2010年3月”的第2.3中节描述了一种Ti-Al金属间化合物纸型膜的制备工艺。由于上述纸型膜由Ti-Al金属间化合物构成，因此仍是一种刚性材料。
发明内容
本发明首先要提供几种柔性多孔金属箔以及柔性多孔金属箔的制备方法；本发明其次要提供几种多孔金属箔(柔性和刚性均可)的制备方法；本发明还要提供可用于上述方法的制膜工装。
本发明所要提供的第一种柔性多孔金属箔，是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度为5～200μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％，且由一个均质的膜片烧结而成。具体而言，该柔性多孔金属箔首先在材料成分上是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属构成，从而保证该柔性多孔金属箔的柔性。其次，构成该柔性多孔金属箔的金属材料应当是多孔材料，其孔结构表征为平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％，这样，柔性多孔金属箔可满足广泛的过滤分离要求。另外，柔性多孔金属箔(薄片)的厚度为5～200μm，一般为10～60μm。更重要的是，该柔性多孔金属箔由一个均质的膜片烧结而成。所谓“均质”表示膜片的成分大致上均匀，即本质上区别于在背景技术“Ti-Al金属间化合物多孔材料的研究进展”中提及的经过了覆膜处理后、反应合成前的铝箔。覆膜处理后、反应合成前的铝箔可理解为一种非对称形态的薄片。而“非对称”的含义在烧结金属多孔材料领域是通用的。本发明中的“均质”即是相对于“非对称”所提出区别概念。由于本发明的柔性多孔金属箔由一个均质的膜片烧结而成，因此该箔片的孔径分布更均匀、箔片平整度等更好。
所述薄片可以由无限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄片由Ag-Au固溶体、Ti-Zr固溶体、Mg-Cd固溶体或Fe-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。又例如，所述薄片优选由Ni-Cu固溶体金属多孔材料所构成，这时可要求该多孔材料的众多孔隙中有75％以上孔径差在小于70μm的范围内。另外，Ni-Cu固溶体金属多孔材料在柔性(可多次折迭)和化学稳定性等方面都比较理想，且在烧结形成的多孔材料的渗透性上也十分优异，因此应用范围相对比较广泛。
所述薄片还可以由有限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄片由Cu-Al固溶体、Cu-Zn固溶体、Fe-C-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。所述薄片也可以由面心立方结构的Al、Ni、Cu或Pb为基体相的金属多孔材料所构成。所述薄片还可以由体心立方结构的Cr、W、V或Mo为基体相的金属多孔材料所构成。
本发明的上述柔性多孔金属箔具有广阔的应用空间，例如：在工业上，可用于纺织和制革工业中的余热回收、药剂回收、污染控制，食品加工工业中的净化、浓缩、消毒、副产品回收，医药及保健行业中的人造气管、控制释放、血液过滤、水净化，汽车工业中的滤清器；在民用上可作为口罩的粉尘过滤材料以及带静电除尘功能的窗帘材料。
本发明上述柔性多孔金属箔的一种制备方法的步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(2)将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内并使之烘干形成一均质的膜片；(3)将所述膜片装入与该膜片外形吻合的烧结工装内然后进行约束烧结，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔。
上述方法中，如柔性多孔金属箔由Ni-Cu固溶体的金属多孔材料构成，为了制备高性能的Ni-Cu柔性多孔金属箔，则，步骤(1)中，先将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的30～60％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为(0.5～5):100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入原料粉20～50g的比例将原料粉加入PVB溶液中，通过搅拌使原料粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；步骤(3)中，烧结工艺包括将烧结温度逐渐升至520～580℃并保温60～180min的第一烧结阶段以及在第一阶段后以≥5℃/min的升温速率直接升温至1130～1180℃并保温120～300min的第二烧结阶段。
可用于上述方法的制膜工装，包括：固定部，所述固定部包括用于成型膜片边缘的模框；调节部，所述调节部包括与模框配合用于成型膜片底面的模板，所述模板连接有可使该模板在模框的深度方向上移动的调节装置；活动部，所述活动部包括位于模框顶面并且在工作过程中刃口与模框顶面保持齐平的刮刀。该制膜工装能够比较准确的控制膜片的厚度，并且保证膜片厚度的均匀性以及膜片表面的平整度。
作为所述调节装置的一种具体实施方式，调节装置包括与模框相对固定并分别与模板底面四角连接且独立工作的高度调节机构。这样可分别对模板的四角高度进行调节，保证模板整体与模框顶面的平行度，膜片的厚度均匀更高。
另外，所述模框的成型面以及模板的成型面上还进一步的设有在580℃下可挥发的润滑剂涂层。其中，润滑剂涂层可具体采用凡士林涂层。这样，就能够保证成型的膜片顺利从制膜工装上取出，防止粘模，同时由于润滑剂涂层的可挥发性，对后续制备的柔性多孔金属箔的成分不造成影响，且反而有利于提高柔性多孔金属箔的孔隙率。
为便于成型的膜片顺利从制膜工装上取出，也可以在模框的成型面以及模板的成型面上敷设PE塑料薄膜或PET塑料薄膜。在成型面上敷设PE塑料薄膜或PET塑料薄膜后再向成型模腔内加入悬浊液，干燥形成膜片后，该膜片不会与制膜工装发生粘接，脱模十分方便。
可用于上述方法的膜片烧结工装，包括由耐高温材料制成的上模、下模以及边模，所述上模、下模分别与边模配合从而形成用于与内部的膜片相吻合的模腔；所述模腔连接有用于散发烧结挥发物的排气结构，所述排气结构为在上模与边模的配合部位预留的配合间隙以及/或者在下模与边模的配合部位预留的配合间隙以及/或者在上模、下模以及边模中的至少一个上所设置的气孔。通过该烧结工装能够对膜片进行约束烧结，防止膜片的烧结中变形。
作为上模、下模以及边模的一种优选的具体结构，所述边模为一框罩，上模和下模分别为夹板，所述框罩内安装有至少三层夹板，任意相邻的两层夹板之间形成所述的模腔。这样就能够实现多个膜片同时烧结，既提高生产效率，同时也可保证烧结一致性。
另外，所述上模、下模以及边模上用于与膜片相接触的表面还进一步设有用氧化铝涂层。氧化铝可以在高温烧结过程中阻隔烧结工装自身材料与膜片材料之间的元素相互扩散。
所述上模、下模以及边模中至少一个可由石墨制成。石墨有良好的耐高温性能，且由于石墨表面光滑，也可便于烧结后产品的脱模。
本发明所提供第二种的柔性多孔金属箔，是由固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度为5～200μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％。具体而言，该柔性多孔金属箔在材料成分上是由固溶体合金为基体相的金属构成，从而保证该柔性多孔金属箔的柔性。其次，构成该柔性多孔金属箔的金属材料是多孔材料，其孔结构表征为平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％，这样，柔性多孔金属箔可满足广泛的过滤分离要求。另外，柔性多孔金属箔(薄片)的厚度为5～200μm，一般为10～60μm。
所述薄片可以由无限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄片由Ag-Au固溶体、Ti-Zr固溶体、Mg-Cd固溶体或Fe-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。又例如，所述薄片优选由Ni-Cu固溶体金属多孔材料所构成，Ni-Cu固溶体金属多孔材料在柔性(可多次折迭)和化学稳定性等方面都比较理想，因此应用范围相对比较广泛。
所述薄片还可以由有限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄片由Cu-Al固溶体、Cu-Zn固溶体、Fe-C-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。
本发明的上述第二种柔性多孔金属箔在工业上可用于纺织和制革工业中的余热回收、药剂回收、污染控制，食品加工工业中的净化、浓缩、消毒、副产品回收，医药及保健行业中的人造气管、控制释放、血液过滤、水净化，汽车工业中的滤清器；在民用上可作为口罩的粉尘过滤材料以及带静电除尘功能的窗帘材料。
本发明第二种柔性多孔金属箔的一种制备方法步骤包括：(1)准备载体，载体由构成柔性多孔金属箔的金属多孔材料中的某一元素或几种元素所构成的箔片；(2)将构成金属多孔材料的其余元素制成的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(3)将所述悬浊液附着于载体表面并使之烘干形成附着于载体表面上的膜片；(4)将附着膜片的载体装入与其外形吻合的烧结工装内然后进行约束烧结，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔。
可用于上述第二种柔性多孔金属箔的制备方法的制膜工装，其包括：固定部，所述固定部包括用于成型膜片边缘的模框；调节部，所述调节部包括与模框配合用于放置载体的模板，所述模板连接有可使该模板在模框的深度方向上移动的调节装置；活动部，所述活动部包括位于模框顶面并且在工作过程中刃口与模框顶面保持齐平的刮刀。该制膜工装能够比较准确的控制膜片的厚度，并且保证膜片厚度的均匀性以及膜片表面的平整度。
作为所述调节装置的一种具体实施方式，调节装置包括与模框相对固定并分别与模板底面四角连接且独立工作的高度调节机构。这样可分别对模板的四角高度进行调节，保证模板整体与模框顶面的平行度，膜片的厚度均匀更高。
同样，为便于成型的膜片顺利从制膜工装上取出，可以在模框的成型面以及模板的成型面上敷设PE塑料薄膜或PET塑料薄膜。在成型面上敷设PE塑料薄膜或PET塑料薄膜后再向成型模腔内加入悬浊液，干燥形成膜片后，该膜片不会与制膜工装发生粘接，脱模十分方便。
可用于上述第二种柔性多孔金属箔的制备方法的烧结工装，包括由耐高温材料制成的上模、下模以及边模，所述上模、下模分别与边模配合从而形成用于附着膜片的载体相吻合的模腔；所述模腔连接有用于散发烧结挥发物的排气结构，所述排气结构为在上模与边模的配合部位预留的配合间隙以及/或者在下模与边模的配合部位预留的配合间隙以及/或者在上模、下模以及边模中的至少一个上所设置的气孔。通过该烧结工装能够对附着膜片的载体进行约束烧结，防止其在烧结中变形。
作为上模、下模以及边模的一种优选的具体结构，所述边模为一框罩，上模和下模分别为夹板，所述框罩内安装有至少三层夹板，任意相邻的两层夹板之间形成所述的模腔。这样就能够实现多个附着膜片载体的同时烧结，既提高生产效率，同时也可保证烧结一致性。
另外，上模、下模以及边模上用于与膜片相接触的表面还进一步设有用氧化铝涂层。氧化铝可以在高温烧结过程中阻隔烧结工装自身材料与载体及膜片材料之间的元素相互扩散。
所述上模、下模以及边模中至少一个由石墨制成。石墨有良好的耐高温性能，且由于石墨表面光滑，也可便于烧结后产品的脱模。
需要指出，上述第二种柔性多孔金属箔的制备方法所使用的制膜工装以及烧结工装与上述第一种柔性多孔金属箔的制备方法所使用的制膜工装以及烧结工装结构上可以完全相同。区别在于，第二种方法的制膜工装使用时需在模板上放置载体，而第一种方法的制膜工装使用时不在模板上放置载体；第二种方法的烧结工装其模腔内放置的是附着膜片的载体(是非对称结构)，而第一种方法的烧结工装其模腔内放置的是均质的膜片。
本发明的第三种柔性多孔金属箔，是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度＞200μm且≤1500μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％。第三种柔性多孔金属箔可以用上述第一种柔性多孔金属箔的的制备方法来制备(即由一个均质的膜片烧结而成)。当第三种柔性多孔金属箔是由固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成的薄片时，该第三种柔性多孔金属箔也可以用上述第二种柔性多孔金属箔的制备方法来制备。
构成第三种柔性多孔金属箔的所述薄片可以由无限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄片由Ag-Au固溶体、Ti-Zr固溶体、Mg-Cd固溶体或Fe-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。又例如，所述薄片优选由Ni-Cu固溶体金属多孔材料所构成，这时可要求该多孔材料的众多孔隙中有75％以上孔径差在小于70μm的范围内。另外，Ni-Cu固溶体金属多孔材料在柔性(可多次折迭)和化学稳定性等方面都比较理想，且在烧结形成的多孔材料的渗透性上也十分优异，因此应用范围相对比较广泛。
构成第三种柔性多孔金属箔的薄片还可以由有限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。例如，所述薄片由Cu-Al固溶体、Cu-Zn固溶体、Fe-C-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。该薄片也可以由面心立方结构的Al、Ni、Cu或Pb为基体相的金属多孔材料所构成。所述薄片还可以由体心立方结构的Cr、W、V或Mo为基体相的金属多孔材料所构成。
相比于上述第一种柔性多孔金属箔和第二种柔性多孔金属箔，第三种柔性多孔金属箔的厚度更厚，因此，第三种柔性多孔金属箔的强度可高于第一种柔性多孔金属箔以及第二种柔性多孔金属箔的强度，故在应用上，第三种柔性多孔金属箔更适于对其强度较高的场合。一个典型的应用例子是将第三种柔性多孔金属箔制作成过滤用的滤袋。滤袋普遍应用于滤袋式除尘器，但现有的滤袋的袋体多由有机纤维织成，故也称为“布袋”，其存在抗高温性能差、过滤精度不高等缺点。本发明将提供一种过滤用的滤袋，其包括袋体，所述袋体是由上述第三种柔性多孔金属箔制成，第三种柔性多孔金属箔因有较高的强度而在滤袋使用过程不易因频繁反吹等因数而较快的损坏，同时由于其材料特性故具有良好的抗高温性能。
除上述提供的柔性多孔金属箔的制备方法以外，本发明还提供了以下几种改进的多孔金属箔的制备方法，既可用于制备上述的柔性多孔金属箔，也可用于制备其它的多孔金属箔。一种改进多孔金属箔的制备方法，该多孔金属箔是由金属多孔材料所构成的薄片，其步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(2)将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内并使之干燥形成一均质的膜片；(3)对膜片进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度；(4)将压制后膜片进行烧结后得到多孔金属箔。该方法可以用于制备上述第一种柔性多孔金属箔、第二种柔性多孔金属箔以及第三种柔性多孔金属箔。由于其步骤(3)的压制(可采用轧制机、模压机、等静压机等压制)提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，可使柔性多孔金属箔的平均孔径更小且更均匀；通过对压制压力的选择可以控制柔性多孔金属箔的平均孔径大小。
另一种改进的多孔金属箔的制备方法，该多孔金属箔是由金属多孔材料所构成的薄片，其步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成泥状膏体；(2)对膏体进行压制形成均质的膜片；(3)将压制后膜片进行烧结后得到多孔金属箔。该方法可以用于制备上述第一种柔性多孔金属箔、第二种柔性多孔金属箔以及第三种柔性多孔金属箔。由于其步骤(2)的压制(可采用轧制机、模压机、等静压机等压制)提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，可使柔性多孔金属箔的平均孔径更小且更均匀；通过对压制压力的选择可以控制柔性多孔金属箔的平均孔径大小。
又一种改进的多孔金属箔的制备方法，该多孔金属箔是由金属多孔材料所构成的薄片，其步骤包括：(1)准备载体，所述载体是由构成柔性多孔金属箔的金属多孔材料中的某一元素或几种元素所构成的箔片；(2)将构成金属多孔材料的其余元素制成的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(3)将所述悬浊液附着于载体表面并使之干燥形成附着于载体表面上的膜片；(4)对附着膜片的载体进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度；(5)对压制后附着膜片的载体进行烧结后得到多孔金属箔。该方法可以用于制备上述第二种柔性多孔金属箔以及第三种柔性多孔金属箔。由于其步骤(4)的压制(可采用轧制机、模压机、等静压机等压制)提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，可使柔性多孔金属箔的平均孔径更小且更均匀；通过对压制压力的选择可控制柔性多孔金属箔平均孔径大小。
需指出，上述这几种改进的多孔金属箔的制备方法同样可使用上述制膜工装和烧结工装。另外，上述几种改进的柔性多孔金属箔的制备方法中，其压制时所使用的压力可以为5～300MPa,一般为10～100MPa。一般而言，压制时压力越大，多孔金属箔的平均孔径越小且越均匀，多孔金属箔的整体性和强度也越高，但孔隙率越小。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的一种矩形柔性多孔金属箔的外形示意图。
图2为制备图1所示的柔性多孔金属箔的制膜工装的立体结构示意图。
图3为图2中I-I向剖视图。
图4为制备图1所示的柔性多孔金属箔的膜片烧结工装的结构示意图。
图5为图4中II-II向剖视图。
具体实施方式
如图1所示的一种柔性多孔金属箔100，是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度H为5～1500μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％。其中，薄片的形状可以是图1所示的矩形，也可以是圆形、椭圆形等其他平面形状。
上述柔性多孔金属箔100的一种制备方法(方法1)的步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(2)将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内并使之烘干形成一均质的膜片；(3)将所述膜片装入与该膜片外形吻合的烧结工装内然后进行约束烧结，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔100。
上述方法中，分散剂可以使用乙醇、甲乙酮、甲苯等表面张力小且挥发快易干燥的有机溶剂；粘结剂可以使用PVB、PVA、PVC、聚乙烯醇、聚乙二醇(低分子蜡类)、石蜡、脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类等。
上述方法中，原料粉与分散剂之间的比例可根据原料粉的具体成分以保证烘干后膜片的表面质量为原则来确定。一般而言，若原料粉的含量过高，则烘干后膜片的表面质量不好，容易出现龟裂等现象；若原料粉的含量过低，则会增加后续将所述悬浊液注入制膜工装成型模腔的次数，延长柔性多孔金属箔的制备周期。
上述方法中，粘结剂与分散剂之间的比例可根据原料粉的具体成分以保证烘干后膜片的表面质量和膜片强度为原则来确定。一般而言，若粘结剂含量过高，则悬浊液流动性差，烘干后容易有缩孔等缺陷，且烧结后脱模困难；若粘结剂含量过低，原料粉的粉末颗粒间不能有效粘接，膜片成型性差、膜片强度低且取出困难。
上述方法中，约束烧结是指通过烧结工装保持膜片形状的前提下烧结，防止膜片在烧结过程中发生变形。具体的烧结制度应根据原料粉的具体成分以及所要达到的孔结构来确定。
作为对上述方法的改进，还可在其步骤(2)与步骤(3)增加一个步骤，即对膜片进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，然后再进行烧结。其中具体可采用轧制机、模压机、等静压机等压制。压制可提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，使最终制备的柔性多孔金属箔的平均孔径更小且更均匀；通过对压制压力的选择可控制柔性多孔金属箔平均孔径大小。
上述方法的步骤2中将使用如图2～3所示的制膜工装。具体而言，该制膜工装包括固定部210，所述固定部210包括用于成型膜片边缘的模框211，该模框211安装在一支撑底座212上以对模框211进行支撑(当然模框211也可由其他方式进行固定)；调节部220，所述调节部220包括与模框211配合用于成型膜片底面的模板221，所述模板221连接有可使该模板221在模框211的深度方向上移动的调节装置222；以及活动部230，所述活动部230包括位于模框211顶面并且在工作过程中刃口与模框211顶面保持齐平的刮刀231。当柔性多孔金属箔100的形状是图1所示的矩形时，模框211的内腔也是一矩形，模板221位于该内腔内并与矩形内腔配合。另外，调节装置222具体可包括与模框211相对固定并分别与模板221底面四角连接且独立工作的高度调节机构222a(例如分别位于模板221底面四角下方螺旋升降机构)。为便于高度调节机构222a的安装，模框211的底部还设有向内延伸的支撑结构211a，所述高度调节机构222a安装在支撑结构211a上。
上述制膜工装的使用方法是：先通过调节各个高度调节机构222a将模板221调整到设定的高度上并与模框211顶面保持平行，然后再在模框211的成型面以及模板221的成型面上分别铺设一层PET塑料薄膜，然后将步骤(1)所得到的悬浊液注入到由模框211与模板221构成的成型模腔中，此后移动刮刀231并在移动时保证其刃口与模框211顶面齐平，从而用刮刀231将附着在模框211顶面以上的悬浊液刮离，再对悬浊液进行烘干，烘干后悬浊液凝固成厚度均匀的膜片，最后将膜片从制膜工装上取下即可。上述制膜工装能够准确的控制膜片的厚度，并且保证膜片厚度的均匀性以及膜片表面的平整度。
上述方法的步骤3中将使用如图4～5所示的膜片烧结工装。具体而言，该膜片烧结工装包括由石墨制成的上模310a、下模310b以及边模320，所述上模310a、下模310b分别与边模320配合从而形成用于与内部的膜片100’相吻合的模腔；其中，边模320具体为一框罩321，上模310a和下模310b分别为夹板310，所述框罩321内安装有多层夹板310，任意相邻的两层夹板310之间形成所述的模腔；另外，各夹板310与框罩321的配合部位还预留有用于散发烧结挥发物的配合间隙。当柔性多孔金属箔100的形状是图1所示的矩形时，所述框罩321的侧部是由前板321a、后板321b、左板321c以及右板321d所构成的矩形结构。
上述膜片烧结工装的使用方法是：先在框罩321的内壁以及各夹板310的两侧壁上设置一层氧化铝涂层(可先用乙醇、PVB与氧化铝粉末混合配置成粘稠的氧化铝粉悬浊液，然后把化铝粉悬浊液涂覆到框罩321的内壁以及各夹板310的两侧壁上形成氧化铝涂层)，然后在框罩321的底部铺设底层夹板310，在该夹板310上方放置一膜片100’，再在该膜片100’的上方铺设第二层夹板310，依次类推可铺设好全部的夹板310，并且保证在任意相邻的两层夹板310之间各夹有一块膜片100’，此后将组装好的膜片烧结工装送入烧结炉内进行烧结，烧结后从膜片烧结工装中取出柔性多孔金属箔100。因此，上述膜片烧结工装实现了多个膜片100’同时约束烧结，既提高生产效率，同时也可保证烧结一致性。
上述柔性多孔金属箔的另一种制备方法(方法2)的步骤包括：(1)准备载体，所述载体是由构成柔性多孔金属箔的金属多孔材料中的某一元素或几种元素所构成的箔片；(2)将构成金属多孔材料的其余元素制成的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(3)将所述悬浊液附着于载体表面并使之烘干形成附着于载体表面上的膜片；(4)将附着膜片的载体装入与其外形吻合的烧结工装内然后进行约束烧结，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔。作为对该方法的改进，同样可在其步骤(3)与步骤(4)增加一个步骤，即对附着膜片的载体进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，然后再进行烧结。其中具体可采用轧制机、模压机、等静压机等压制。压制可提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，使最终制备的柔性多孔金属箔的平均孔径更小且更均匀；通过对压制压力的选择可控制柔性多孔金属箔平均孔径大小。
上述方法中，分散剂可以使用乙醇、甲乙酮、甲苯等表面张力小且挥发快易干燥的有机溶剂；粘结剂可以使用PVB、PVA、PVC、聚乙烯醇、聚乙二醇(低分子蜡类)、石蜡、脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类等。
上述方法中，原料粉与分散剂之间的比例可根据原料粉的具体成分以保证烘干后膜片的表面质量为原则来确定。一般而言，若原料粉的含量过高，则烘干后膜片的表面质量不好，容易出现龟裂等现象；若原料粉的含量过低，则会增加后续将所述悬浊液注入制膜工装成型模腔的次数，延长柔性多孔金属箔的制备周期。
上述方法中，粘结剂与分散剂之间的比例可根据原料粉的具体成分以保证烘干后膜片的表面质量和膜片强度为原则来确定。一般而言，若粘结剂含量过高，则悬浊液流动性差，烘干后容易有缩孔等缺陷，且烧结后脱模困难；若粘结剂含量过低，原料粉的粉末颗粒间不能有效粘接，膜片成型性差、膜片强度低且取出困难。
上述方法中，约束烧结是指通过烧结工装保持膜片形状的前提下烧结，防止膜片在烧结过程中发生变形。具体的烧结制度应根据原料粉的具体成分以及所要达到的孔结构来确定。该方法仍使用“方法1”中的膜片烧结工装。
上述方法的步骤3中可以采用喷涂等方式附着于载体表面，但建议使用上述图2～3所示的制膜工装将所述悬浊液附着于载体表面。具体方法是：先通过调节各个高度调节机构222a将模板221调整到设定的高度上并与模框211顶面保持平行，然后再在模板221上放置载体，并将步骤(2)所得到的悬浊液注入到由模框211与载体之间的成型模腔中，此后移动刮刀231并在移动时保证其刃口与模框211顶面齐平，从而用刮刀231将附着在模框211顶面以上的悬浊液刮离，再对悬浊液进行烘干，烘干后悬浊液凝固成厚度均匀的膜片，最后将附着膜片的载体从制膜工装上取下即可。
上述柔性多孔金属箔的再一种制备方法(方法3)的步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成泥状膏体；(2)对膏体进行压制形成均质的膜片；(3)将压制后膜片进行烧结后得到柔性多孔金属箔。该方法中，分散剂可以使用乙醇、甲乙酮、甲苯等表面张力小且挥发快易干燥的有机溶剂；粘结剂可以使用PVB、PVA、PVC、聚乙烯醇、聚乙二醇(低分子蜡类)、石蜡、脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类等。上述“方法3”工艺步骤相较“方法1”和“方法2”较少，生产效率高，且制备得到的柔性多孔金属箔的质量也很理想。其中具体可采用轧制机、模压机、等静压机等压制。压制可提高膜片内粉末颗粒堆积致密度，使最终制备的柔性多孔金属箔的平均孔径更小且更均匀；通过对压制压力的选择可控制柔性多孔金属箔平均孔径大小。该方法同样使用“方法1”中的膜片烧结工装。
实施例1
柔性多孔金属箔100是由Ni-Cu固溶体合金多孔材料构成的矩形薄片，该薄片厚度H为10μm，长度为160mm，宽度为125mm，平均孔径为18.4μm，孔隙率为58.37％。该柔性多孔金属箔100的制备方法是：首先，将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的30％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为2.5:100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入原料粉25g的比例将原料粉加入PVB溶液中，通过搅拌使原料粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；其次，将所述悬浊液注入如图2～3所示的制膜工装的成型模腔内并使之烘干形成一均质的膜片100’；然后，将所述膜片100’装入如图4～5所示的膜片烧结工装，具体的烧结工艺是先将烧结温度逐渐升至550℃并保温90min(此过程的主要作用在于脱除粘结剂、凡士林等)，然后以6℃/min的升温速率直接升温至1130℃并保温180min(快速升温至1170℃超过Cu的熔点，可利用Cu熔融后的流动性带动Ni粉，使Ni粉充分结合，保证柔性多孔金属箔100烧结后的完整性及柔性)，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔100。
实施例2
柔性多孔金属箔100是由Ni-Cu固溶体合金多孔材料构成的矩形薄片，该薄片厚度H为100μm，长度为200mm，宽度为130mm，平均孔径为30μm，孔隙率为61.68％。该柔性多孔金属箔100的制备方法是：首先，将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的60％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为4:100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入原料粉40g的比例将原料粉加入PVB溶液中，通过搅拌使原料粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；其次，将所述悬浊液注入如图2～3所示的制膜工装的成型模腔内并使之烘干形成一均质的膜片100’；然后，将所述膜片100’装入如图4～5所示的膜片烧结工装，具体的烧结工艺是先将烧结温度逐渐升至550℃并保温90min，然后以8℃/min的升温速率直接升温至1180℃并保温180min，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔100。
实施例3
柔性多孔金属箔是由Ni-Cu固溶体合金多孔材料构成的矩形薄片，该薄片厚度H为60μm，长度为150mm，宽度为100mm，平均孔径为54.1μm，孔隙率为40.16％。该柔性多孔金属箔制备方法是：首先，对纯度为99％以上，厚度为10μm的Cu箔(载体)进行表面处理：采用质量浓度为10％的NaOH溶液清洗Cu箔表面的油污等杂质，水洗后再将Cu箔放入质量浓度10％的H2SO4溶液中酸洗两分钟，除去Cu箔表面的氧化物和锈渍；再将经碱洗、酸洗后的Cu箔浸入丙酮溶液中用超声波清洗8min，最后放入真空烘箱中进行烘干，并记录Cu箔质量；然后，以单质Ni粉为原料，以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为4:100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入Ni粉25g的比例加入PVB溶液中，通过搅拌使Ni粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；此后，将Cu箔紧贴制膜工装的模板221表面，通过调整模板221顶面的高度控制覆膜的厚度，然后将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内，确保将Ni与Cu质量比控制在1：1左右，然后进行烘干并将烘干后的坯件装入如图4～5所示的膜片烧结工装，按实施例1相同的烧结工艺进行烧结。
实施例4
柔性多孔金属箔100是由Ni-Cu固溶体合金多孔材料构成的矩形薄片，该薄片厚度H为10μm，长度为160mm，宽度为125mm，平均孔径为1.2μm，孔隙率为42.5％。该柔性多孔金属箔100的制备方法是：首先，将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的30％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为2.5:100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入原料粉25g的比例将原料粉加入PVB溶液中，通过搅拌使原料粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；其次，将所述悬浊液注入如图2～3所示的制膜工装的成型模腔内并使之烘干形成一均质的膜片100’；然后将膜片100’放入轧制机上在10MPa下以600r/min的轧制速度(轧辊转速)进行轧制；然后，将轧制后的膜片100’装入如图4～5所示的膜片烧结工装，具体的烧结工艺是先将烧结温度逐渐升至550℃并保温90min(此过程的主要作用在于脱除粘结剂、凡士林等)，然后以6℃/min的升温速率直接升温至1130℃并保温180min(快速升温至1170℃超过Cu的熔点，可利用Cu熔融后的流动性带动Ni粉，使Ni粉充分结合，保证柔性多孔金属箔100烧结后的完整性及柔性)，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔100。
实施例5
柔性多孔金属箔是由Ni-Cu固溶体合金多孔材料构成的矩形薄片，该薄片厚度H为60μm，长度为150mm，宽度为100mm，平均孔径为25μm，孔隙率为37％。该柔性多孔金属箔制备方法是：首先，对纯度为99％以上，厚度为10μm的Cu箔(载体)进行表面处理：采用质量浓度为10％的NaOH溶液清洗Cu箔表面的油污等杂质，水洗后再将Cu箔放入质量浓度10％的H2SO4溶液中酸洗两分钟，除去Cu箔表面的氧化物和锈渍；再将经碱洗、酸洗后的Cu箔浸入丙酮溶液中用超声波清洗8min，最后放入真空烘箱中进行烘干，并记录Cu箔质量；然后，以单质Ni粉为原料，以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按PVB与乙醇的质量比为4:100的比例将PVB加入乙醇中制成PVB溶液，此后再按每100ml乙醇中加入Ni粉25g的比例加入PVB溶液中，通过搅拌使Ni粉充分分散均匀，得到粘稠状的悬浊液；此后，将Cu箔紧贴制膜工装的模板221表面，通过调整模板221顶面的高度控制覆膜的厚度，然后将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内，确保将Ni与Cu质量比控制在1：1左右，然后进行烘干并将烘干后的坯件放入机上在15MPa下以300r/min的轧制速度(轧辊转速)进行轧制，然后装入如图4～5所示的膜片烧结工装，按实施例1相同的烧结工艺进行烧结。
实施例6
柔性多孔金属箔100是由Ni-Cu固溶体合金多孔材料构成的矩形薄片，该薄片厚度H为500μm，长度为160mm，宽度为125mm，平均孔径为15.2μm，孔隙率为51％。该柔性多孔金属箔100的制备方法是：首先，将Ni粉和Cu粉均匀混合形成原料粉，其中Cu粉质量为原料粉质量的30％，然后以乙醇为分散剂、以PVB为粘结剂，按每100ml乙醇溶液30gPVB、500g原料粉的比例配置成泥状膏体；其次，将膏体放入轧制机上在25MPa下以200r/min的轧制速度(轧辊转速)进行轧制；然后，将轧制后的膜片100’装入如图4～5所示的膜片烧结工装，具体的烧结工艺是先将烧结温度逐渐升至550℃并保温90min，然后以6℃/min的升温速率直接升温至1130℃并保温180min(快速升温至1170℃超过Cu的熔点，可利用Cu熔融后的流动性带动Ni粉，使Ni粉充分结合，保证柔性多孔金属箔100烧结后的完整性及柔性)，烧结后从烧结工装内取出并得到柔性多孔金属箔100。
实施例7
实施例7在实施例1的基础上，将薄片厚度增加为H为300μm。
实施例8
实施例8在实施例4的基础上，将薄片厚度增加为H为500μm。
实施例9
实施例9在实施例5的基础上，将薄片厚度增加为H为800μm。
实施例1～9的柔性多孔金属箔性能对比结果如表1所示。
表1：柔性多孔金属箔性能对比结果

Claims (9)

1.用于过滤的柔性多孔金属箔，其特征在于：是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度＞200μm且≤1500μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％；该柔性多孔金属箔的制备方法步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(2)将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内并使之干燥形成一均质的膜片；(3)对膜片进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度；(4)将压制后膜片进行烧结后得到柔性多孔金属箔；其中，所述制膜工装包括：固定部，所述固定部包括用于成型膜片边缘的模框；调节部，所述调节部包括与模框配合用于放置载体的模板，所述模板连接有可使该模板在模框的深度方向上移动的调节装置；活动部，所述活动部包括位于模框顶面并且在工作过程中刃口与模框顶面保持齐平的刮刀。
2.如权利要求1所述的柔性多孔金属箔，其特征在于：所述薄片由无限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。
3.如权利要求2所述的柔性多孔金属箔，其特征在于：所述薄片由Ag-Au固溶体、Ti-Zr固溶体、Mg-Cd固溶体、Fe-Cr固溶体或Ni-Cu固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。
4.如权利要求1所述的柔性多孔金属箔，其特征在于：所述薄片由有限固溶体合金为基体相的金属多孔材料所构成。
5.如权利要求4所述的柔性多孔金属箔，其特征在于：所述薄片由Cu-Al固溶体、Cu-Zn固溶体或Fe-C-Cr固溶体为基体相的金属多孔材料所构成。
6.如权利要求1所述的柔性多孔金属箔，其特征在于：所述薄片由面心立方结构的Al、Ni、Cu或Pb为基体相的金属多孔材料所构成。
7.如权利要求1所述的柔性多孔金属箔，其特征在于：所述薄片由体心立方结构的Cr、W、V或Mo为基体相的金属多孔材料所构成。
8.一种过滤用的滤袋，包括袋体，其特征在于：所述袋体是由权利要求1至7中任意一项权利要求所述的柔性多孔金属箔制成的。
9.柔性多孔金属箔的制备方法，该柔性多孔金属箔是由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成的薄片，该薄片的厚度＞200μm且≤1500μm、平均孔径为0.05～100μm，孔隙率为15～70％，其步骤包括：(1)将构成其金属多孔材料的原料粉用分散剂和粘结剂配置成粘稠状的悬浊液；(2)将所述悬浊液注入制膜工装的成型模腔内并使之干燥形成一均质的膜片；(3)对膜片进行压制提高膜片内粉末颗粒堆积致密度；(4)将压制后膜片进行烧结后得到柔性多孔金属箔；所述制膜工装包括：固定部，所述固定部包括用于成型膜片边缘的模框；调节部，所述调节部包括与模框配合用于放置载体的模板，所述模板连接有可使该模板在模框的深度方向上移动的调节装置；活动部，所述活动部包括位于模框顶面并且在工作过程中刃口与模框顶面保持齐平的刮刀。
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