CN106474937B - 多孔不锈钢膜的烧制工艺 - Google Patents

多孔不锈钢膜的烧制工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN106474937B
CN106474937B CN201611093193.5A CN201611093193A CN106474937B CN 106474937 B CN106474937 B CN 106474937B CN 201611093193 A CN201611093193 A CN 201611093193A CN 106474937 B CN106474937 B CN 106474937B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stainless steel
green body
sintering
temperature
steel membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611093193.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106474937A (zh
Inventor
黄彦
巩栋栋
王凯峰
赵倩如
岳静怡
张凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GAOQ FUNCTIONAL MATERIALS Co Ltd
Nanjing Tech University
Original Assignee
GAOQ FUNCTIONAL MATERIALS Co Ltd
Nanjing Tech University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GAOQ FUNCTIONAL MATERIALS Co Ltd, Nanjing Tech University filed Critical GAOQ FUNCTIONAL MATERIALS Co Ltd
Priority to CN201611093193.5A priority Critical patent/CN106474937B/zh
Publication of CN106474937A publication Critical patent/CN106474937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106474937B publication Critical patent/CN106474937B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0041—Inorganic membrane manufacture by agglomeration of particles in the dry state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/022—Metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及多孔不锈钢膜的烧制工艺。在不锈钢支撑体上涂覆含不锈钢粉的浆料形成坯体，将坯体在旋转状态下送入烧结炉的炉膛，炉膛恒温区温度控制在1300‑2200℃，坯体在恒温区的保留时间为10‑300s，坯体在过热条件下快速烧结并迅速降温，即实现了不锈钢粉末的充分烧结并提高了膜强度与耐腐蚀性，又避免了膜层坍塌并提高了膜的孔隙率和渗透率；另外，在烧结过程中，支撑体升温速度相对较慢、热膨胀较少，缓解了支撑体膨胀与膜层烧结收缩的矛盾，减少了减少膜层开裂和脱落的问题。

Description

多孔不锈钢膜的烧制工艺
技术领域
本发明属于膜材料领域，涉及一种多孔不锈钢膜的烧制工艺，即在不锈钢载体上涂覆一层不锈钢粉作为坯体，将坯体在过热条件下快速烧结并迅速降温来制备多孔不锈钢膜。
背景技术
膜的工作原理是通过孔道筛分作用实现物质的分离与纯化，具有分离效率高、节能、环保、操作简单、投资小、容易实现自动化控制等优点，在水处理、石化、能源、冶炼、制药、环保等领域均有广泛应用。膜材料可分为有机膜和无机膜：有机膜易受酸碱腐蚀，不耐高温、高压，很难满足苛刻条件下的应用需求；无机膜包括金属膜和陶瓷膜，其中陶瓷膜化学稳定性好，但其易碎、难以高温密封、机械性能差。
与有机和陶瓷膜相比，金属膜有突出优点：(1)机械强度高、耐高压；(2)导热性好、膜组件热应力小；(3)可焊接，易于密封和连接；(4)膜堵塞后容易再生，使用寿命长，膜分离能力强。
虽然金属膜的材质可以多种多样，但是不锈钢材料以其出色的性价比成为首选。不锈钢膜一般由大孔支撑体和微孔膜层构成，既保证了机械强度和过滤精度，又减少了过滤阻力。不锈钢膜的制备大致都可分为涂层和烧结两个过程，涂层质量直接影响着膜的性能。大多数情况下，不锈钢膜的支撑体事先都是烧结好的，涂层后的烧结只是将膜层烧结到支撑体表面。但是在特殊情况下，膜层的烧结可以和支撑体的烧结一步完成。例如，中国专利201210024816.9公开了一种分层压制成型法用于不锈钢过滤片的制备：先用大颗粒粉末压制成支撑体，然后铺上更细粉末并以更大压力继续压制，最后将坯体烧结。专利200810232583.5公开了一种离心成型法用于梯度孔径不锈钢管的制备：将聚乙烯醇、消泡剂与粒度分布较宽的不锈钢粉配成悬浮液，注入管形模具中并用离心机处理，所形成的不锈钢坯体壁从外向内不锈钢粉末的粒径逐渐减小，最后将坯体烘干、脱模、烧结。除不锈钢膜外，专利201110168259.3还提供了陶瓷/金属复合膜的共烧结制备工艺：在刚性外模内表面涂覆陶瓷层，再将金属粉体压制到陶瓷层上，将坯体连同刚性外模一同烧结，最后除去刚性外模。由于膜层和支撑体的烧结温度很难一致，共烧结法受到极大限制。
多孔不锈钢膜的烧结气氛必须是真空、惰性或还原性的，尤其是要严格隔绝氧和水蒸气以防止高温氧化，因此烧结炉往往结构复杂、价格昂贵。在烧结过程中，不锈钢坯体在炉中处于静止状态，烧结过程都是间歇式的。烧结工艺对膜的性能有决定作用，烧结温度、温控程序、烧结时间都必须严格控制。烧结不足导致膜强度不够、耐腐蚀性差，而过度烧结则导致膜层坍塌、孔隙率下降，膜的渗透率降低。另外，由于烧结炉的复杂性，烧结过程中的升、降温速度也受到了极大限制，很难平衡膜烧结强度与烧结坍塌的根本矛盾。从全世界范围来看，不锈钢膜的生产难度大、次品率高，技术壁垒依然存在，其价格也一直居高不下，亟需开发更有效的新技术。
发明内容
本发明提供了一种新的不锈钢膜制备工艺。将含不锈钢粉末的浆料涂覆于多孔不锈钢支撑体表面，然后将坯体送入炉膛中快速烧结，并使烧结温度高于该不锈钢粉末的正常烧结温度，最后将不锈钢膜移出并快速冷却。通过坯体的快速烧结和冷却，既实现了不锈钢粉末的充分烧结并提高膜强度与耐腐蚀性，又避免了膜层坍塌并提高了膜渗透率。
本发明的工艺原理：不锈钢粉的正常烧结总是发生在过烧坍塌之前，如果能够在烧结达到理想状态时快速降温则可以阻止膜层坍塌；另一方面，如果能够实现坯体的快速烧结则可以降低能耗并缩短烧结时间，大大提高生产效率。为此，首先采用高于膜层正常烧结所需的温度，将膜层快速烧结。当坯体进入炉膛时，表面的不锈钢涂层首先受热，涂层中不锈钢颗粒之间的表面接触部位快速形成烧结颈，而不锈钢颗粒的主体形状变化不大，其状态类似于夹生的米饭；这时，如果不能快速降温则膜层的坍塌难以避免，可通过将坯体移出炉膛实现快速降温，阻止膜层粉体的坍塌，提高了膜的孔隙率和渗透率。另外，在烧结过程中，支撑体本身有一定厚度且表面有涂层遮盖，因而在烧结过程中支撑体升温速度较慢、热膨胀较少，缓解了支撑体膨胀与膜层烧结收缩的矛盾，有利于避免膜层的开裂和脱落，提高了不锈钢膜的制备成功率。
本发明的具体技术方案：
(1)将含有不锈钢粉末的浆料通过喷涂、刷涂或浸涂的方式涂覆于管式多孔不锈钢支撑体，干燥后形成不锈钢膜的坯体。
(2)采用含氧、含氢、真空或惰性气氛对坯体进行高温脱脂处理，除去坯体中的有机添加剂。
(3)如图1所示，将坯体在旋转状态下送入真空、惰性或还原性气氛烧结炉的炉膛。坯体的旋转速度为30-300r/min，过慢难以保证温度的均匀性，过快有可能导致膜层脱落。烧结炉由预热区、恒温区和退火降温区三部分构成，恒温区温度控制在1300-2200℃，预热区温度梯度为从室温升到烧结温度，退火降温区的温度梯度为从烧结温度降到室温。坯体在炉膛中的移动方向为垂直或水平，坯体要保持匀速行进，以保证烧结均匀度。坯体的移入速度与炉温和恒温区长度有关，但坯体在恒温区的保留时间为10-300s。其中，保留时间的计算方法为：不锈钢坯体的任一位置从进入到离开恒温区所用的时间。
(4)在不锈钢坯体完全脱离炉膛后，利用炉膛与环境温度的巨大差异实现快速降温，降温必须在烧结气氛中进行。
(5)当不锈钢膜温度降低到200℃以下时，将不锈钢膜脱离烧结气氛，形成最终产品。
附图说明
图1.不锈钢膜烧结工艺示意图。1-坯体；2-预热区；3-恒温区；4-退火降温区。
图2.不锈钢膜表面电镜照片。
图3.不锈钢膜断面金相显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
(1)所选支撑体为316L型多孔不锈钢管，外径60mm，壁厚3mm，长0.5m，平均孔径为20μm左右。
(2)将200g平均粒径为3μm的316L型不锈钢粉与500m1浓度为3％的聚乙烯醇(PVA)溶液混合，强烈搅拌形成浆料。
(3)使用气动喷枪将浆料喷涂在支撑体表面，涂层厚度约为150μm，自然晾干。
(4)将坯体在氩气气氛下以2℃/min的速度升温到500℃并保持1.5h，脱除有机成分。
(5)在真空系统中，将坯体旋转，缓慢并匀速地由上向下送入电炉中，旋转速度为60r/min，炉温为1650℃，烧结保留时间为20s。坯体离开炉膛后自然冷却到室温，将真空系统通大气，最后将不锈钢膜产品取出。
(6)所制备不锈钢膜的表面和断面显微照片分别如附图(2)和(3)所示。
实施例2
(1)所选支撑体为316型多孔不锈钢管，外径30mm，壁厚2mm，长1m，平均孔径为25μm左右。
(2)将300g平均粒径为5μm的316型不锈钢粉与500ml浓度为3％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液混合并强烈搅拌形成浆料。
(3)采用刷涂法在红外灯烘烤下将浆料涂覆在支撑体表面，涂层厚度为200μm左右。
(4)将坯体在空气气氛下以0.5℃/min的速度升温到350℃并保持0.5h，脱除有机成分。
(5)在真空系统中，将坯体旋转，缓慢并匀速地由上向下送入电炉中，旋转速度为100r/min，炉温为1700℃，烧结保留时间为20s。坯体离开炉膛后自然冷却，最后将不锈钢膜从真空系统中取出。
实施例3
(1)所选支撑体为316L型多孔不锈钢管，外径60mm，壁厚4mm，长0.5m，平均孔径为25μm左右。
(2)将100g平均粒径为8μm的316L型不锈钢粉与500ml浓度为3％的阿拉伯树胶粉溶液混合并强烈搅拌形成浆料。
(3)使用喷枪将浆料均匀刷涂在支撑体表面，涂层厚度约为250μm，在烘箱中120℃干燥2h。
(4)将坯体在氢气气氛下以2℃/min的速度升温到450℃并保持1h，脱除有机成分。
(5)在氢气气氛下，将坯体旋转，缓慢并匀速地由左向右送入电炉中，旋转速度为100r/min，炉温为1750℃，烧结保留时间为35s。坯体离开炉膛后自然冷却，最后将不锈钢膜从真空系统中取出。
实施例4
(1)所选支撑体为316L型多孔不锈钢管，外径20mm，壁厚1mm，长0.3m，平均孔径为10μm左右。
(2)将400g平均粒径为2μm的316L型不锈钢粉与500ml浓度为3％的聚乙烯醇(PVA)溶液混合并强烈搅拌形成浆料。
(3)使用喷枪将浆料喷涂在支撑体表面，涂层厚度约为100μm，自然晾干。
(4)将坯体在氩气气氛下以2℃/min的速度升温到500℃并保持1h，脱除有机成分。
(5)在高纯氩气气氛下，将坯体旋转，缓慢并匀速地由左向右送入电炉中，旋转速度为150r/min，炉温为1450℃，烧结保留时间为15s。坯体离开炉膛后自然冷却，最后将不锈钢膜从真空系统中取出。
实施例5
(1)所选支撑体为321型多孔不锈钢管，外径80mm，壁厚6mm，长1m，平均孔径为35μm左右。
(2)将150g平均粒径为10μm的321型不锈钢粉与500ml浓度为3％的聚乙烯醇(PVA)溶液混合，强烈搅拌形成浆料。
(3)使用气动喷枪将浆料喷涂在支撑体表面，涂层厚度约为250μm，自然晾干。
(4)将坯体在氮气与氢气比为3∶1混合气氛下以3℃/min的速度升温到350℃并保持2.5h，脱除有机成分。
(5)在真空系统中，将坯体旋转，缓慢并匀速地由上向下送入电炉中，旋转速度为80r/min，炉温为1800℃，烧结保留时间为200s。坯体离开炉膛后自然冷却到室温，将真空系统通大气，最后将不锈钢膜产品取出。
实施例6
(1)所选支撑体为321型多孔不锈钢管，外径30mm，壁厚4mm，长0.8m，平均孔径为20μm左右。
(2)将250g平均粒径为6μm的321型不锈钢粉与500ml浓度为3％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液混合，强烈搅拌形成浆料。
(3)采用刷涂法在红外灯烘烤下将浆料涂覆在支撑体表面，涂层厚度为120μm左右。
(4)将坯体在氮气与空气比为3∶1混合气氛下以2℃/min的速度升温到400℃并保持2h，脱除有机成分。
(5)在高纯氩气气氛下，将坯体旋转，缓慢并匀速地由左向右送入电炉中，旋转速度为200r/min，炉温为1680℃，烧结保留时间为60s。坯体离开炉膛后自然冷却到室温，将真空系统通大气，最后将不锈钢膜产品取出。

Claims (7)

1.一种多孔不锈钢膜的烧制工艺：
(1)将含有不锈钢粉末的浆料涂覆于管式多孔不锈钢支撑体，干燥后形成不锈钢膜的坯体；
(2)采用含氧、含氢、真空或惰性气氛对坯体进行高温脱脂处理，除去坯体中的有机添加剂；
(3)将坯体在旋转状态下送入烧结炉的炉膛，烧结炉由预热区、恒温区和退火降温区三部分构成，坯体在恒温区进行烧结；
(4)在不锈钢坯体完全脱离炉膛后，利用炉膛与环境温度的巨大差异实现快速降温，降温必须在烧结气氛中进行；
(5)当不锈钢膜温度降低到200℃以下时，将不锈钢膜脱离烧结气氛，形成最终产品。
2.根据权利要求1所述的多孔不锈钢膜的烧制工艺，其特征在于含有不锈钢粉末的浆料通过喷涂、刷涂或浸涂的方式涂覆于管式多孔不锈钢支撑体。
3.根据权利要求1所述的多孔不锈钢膜的烧制工艺，其特征在于烧结炉为真空、惰性或还原性气氛烧结炉。
4.根据权利要求1所述的多孔不锈钢膜的烧制工艺，其特征在于坯体烧结过程的旋转速度为30-300r/min。
5.根据权利要求1所述的多孔不锈钢膜的烧制工艺，其特征在于烧结炉恒温区温度控制在1300-2200℃，坯体在恒温区的保留时间为10-300s。
6.根据权利要求1所述的多孔不锈钢膜的烧制工艺，其特征在于坯体在炉膛中的移动方向为垂直或水平，坯体要保持匀速行进。
7.根据权利要求1所述的多孔不锈钢膜的烧制工艺，其特征在于坯体保留时间的计算方法为：不锈钢坯体的任一位置从进入到离开恒温区所用的时间。
CN201611093193.5A 2016-11-28 2016-11-28 多孔不锈钢膜的烧制工艺 Active CN106474937B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611093193.5A CN106474937B (zh) 2016-11-28 2016-11-28 多孔不锈钢膜的烧制工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611093193.5A CN106474937B (zh) 2016-11-28 2016-11-28 多孔不锈钢膜的烧制工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106474937A CN106474937A (zh) 2017-03-08
CN106474937B true CN106474937B (zh) 2019-07-19

Family

ID=58274973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611093193.5A Active CN106474937B (zh) 2016-11-28 2016-11-28 多孔不锈钢膜的烧制工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106474937B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109745870A (zh) * 2019-02-28 2019-05-14 西部宝德科技股份有限公司 一种多孔金属膜的制备方法
CN112475293A (zh) * 2020-12-08 2021-03-12 中北大学 一种微纳米点阵孔超薄不锈钢过滤板材的制备方法
CN114941137B (zh) * 2022-05-19 2024-01-23 湘潭大学 一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08299765A (ja) * 1995-05-10 1996-11-19 Hitachi Metals Ltd 平膜エレメント
CN101428346A (zh) * 2008-12-05 2009-05-13 西北有色金属研究院 一种渐变孔径不锈钢多孔管的制备方法
CN102974830A (zh) * 2012-11-22 2013-03-20 宁波得利时泵业有限公司 一种凸轮转子泵的泵体结构制备方法
CN103657435A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 南京工业大学 多孔金属中空纤维膜及其制备方法
CN103691330A (zh) * 2013-12-23 2014-04-02 南京高谦功能材料科技有限公司 一种多孔不锈钢膜的制备工艺
CN103691329A (zh) * 2013-12-20 2014-04-02 南京工业大学 一种多孔不锈钢膜的制备方法
CN103752831A (zh) * 2013-12-23 2014-04-30 南京高谦功能材料科技有限公司 一种多孔金属膜的制备方法
CN103933872A (zh) * 2014-05-07 2014-07-23 南京工业大学 一种多通道型非对称不锈钢膜的制备方法
CN104308162A (zh) * 2014-09-26 2015-01-28 湖南英捷高科技有限责任公司 一种金属涂膜棒的制备方法
CN104374194A (zh) * 2014-11-24 2015-02-25 江苏华东锂电技术研究院有限公司 粉体烧结装置
CN104888616A (zh) * 2015-04-16 2015-09-09 江苏海翔化工有限公司 一种大孔金属表面制备微孔金属层的方法
CN104925857A (zh) * 2015-06-09 2015-09-23 四川大学 亚氧化钛粉体的旋转式动态连续制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08299765A (ja) * 1995-05-10 1996-11-19 Hitachi Metals Ltd 平膜エレメント
CN101428346A (zh) * 2008-12-05 2009-05-13 西北有色金属研究院 一种渐变孔径不锈钢多孔管的制备方法
CN102974830A (zh) * 2012-11-22 2013-03-20 宁波得利时泵业有限公司 一种凸轮转子泵的泵体结构制备方法
CN103657435A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 南京工业大学 多孔金属中空纤维膜及其制备方法
CN103691329A (zh) * 2013-12-20 2014-04-02 南京工业大学 一种多孔不锈钢膜的制备方法
CN103691330A (zh) * 2013-12-23 2014-04-02 南京高谦功能材料科技有限公司 一种多孔不锈钢膜的制备工艺
CN103752831A (zh) * 2013-12-23 2014-04-30 南京高谦功能材料科技有限公司 一种多孔金属膜的制备方法
CN103933872A (zh) * 2014-05-07 2014-07-23 南京工业大学 一种多通道型非对称不锈钢膜的制备方法
CN104308162A (zh) * 2014-09-26 2015-01-28 湖南英捷高科技有限责任公司 一种金属涂膜棒的制备方法
CN104374194A (zh) * 2014-11-24 2015-02-25 江苏华东锂电技术研究院有限公司 粉体烧结装置
CN104888616A (zh) * 2015-04-16 2015-09-09 江苏海翔化工有限公司 一种大孔金属表面制备微孔金属层的方法
CN104925857A (zh) * 2015-06-09 2015-09-23 四川大学 亚氧化钛粉体的旋转式动态连续制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106474937A (zh) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106474937B (zh) 多孔不锈钢膜的烧制工艺
CN103691330A (zh) 一种多孔不锈钢膜的制备工艺
Zhu et al. A phase-inversion casting process for preparation of tubular porous alumina ceramic membranes
CN103752831B (zh) 一种多孔金属膜的制备方法
US4460529A (en) Process for manufacturing a ceramic hollow body
US20200317587A1 (en) Method for fabricating porous ceramic heating body
CN104387105B (zh) 3d打印结合反应烧结制备多孔氧化铝陶瓷材料的方法
CN113349454A (zh) 一种陶瓷雾化芯及其制备方法
CN102836642A (zh) 一种多孔陶瓷—金属复合膜材料的制备方法
CN104230369B (zh) 一种具有蜂窝结构的高孔隙率陶瓷及其制备方法
CN109822078B (zh) 一种真空压力浸渗反压法制备SiC3D/Al复合材料的方法
CN104841286B (zh) 一种螺旋状无机中空纤维膜及其制备方法
CN110204318B (zh) 一种基于粉末床熔融的氧化铝多孔材料的强度增强方法
CN102691027A (zh) 用于制造离子传导膜的等离子体喷涂方法
CN108997001B (zh) 一种透气砖用微孔陶瓷棒的制备方法
JP2008284501A (ja) 造粒方法、ジルコニア造粒粉末、およびジルコニア多孔質体
CN112479687A (zh) 一种陶瓷3d打印产品及其脱脂焙烧一体化工艺方法
CN110981453B (zh) 一种轻质陶瓷过滤膜的制备方法
CN104667762A (zh) 一种无缝金属管的制备方法
CN111253172A (zh) 一种制备多孔陶瓷材料的方法
JPH02137779A (ja) 多孔質成形体の製造方法
CN108970417A (zh) 一种制备金属中空纤维膜的方法
CN215766457U (zh) 一种真空烧结炉
CN108794058A (zh) 一种高强度亚微米微孔陶瓷及其制造方法
CN107881357A (zh) 一种氧化锆基金属陶瓷材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant