CN109957772A - 一种钯/陶瓷复合薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钯/陶瓷复合薄膜,该复合薄膜负载于多孔载体上,该复合薄膜由金属钯或钯合金与陶瓷复合而成,其中钯或钯合金的体积占比为30‑99%。该复合薄膜采用物理气相沉积法制备;优选采用磁控溅射法制备,通过同时溅射钯或钯合金靶和陶瓷靶而获得所述复合薄膜。本发明通过对钯膜与陶瓷进行复合,一方面使陶瓷颗粒弥散分布于连续的钯或钯合金中,对钯晶界起到钉扎作用,增加钯晶粒高温晶粒长大和粗化的难度;另一方面,陶瓷的引入可以起到调节钯膜热膨胀系数的作用,降低钯膜与陶瓷或玻璃的热膨胀失配,提高钯膜的高温结构稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种钯/陶瓷复合薄膜,属无机膜材料及应用领域。
背景技术
钯及其合金具有高的氢渗透选择性,广泛应用于催化膜反应、氢分离与纯化领域。传统的催化膜反应、氢分离与纯化用钯元件采用了冷拔纯钯管、钯合金膜管,其工艺简单,膜管致密可靠,但膜管厚度大、成本高、效率低。目前开发的多孔载体钯膜技术将钯或钯合金膜负载于多孔载体表面,在保证器件整体机械强度的前提下,降低了钯膜的厚度及成本,提高了钯膜的氢渗透率,其商业应用前景广阔。
钯膜的多孔载体一般为多孔玻璃、多孔陶瓷、多孔金属等。由于多孔金属载体存在与钯膜的高温元素互扩散问题,多采用多孔陶瓷作为元素扩散阻挡过渡层。因此,不管采用何种多孔载体材料,都存在钯膜与陶瓷或玻璃的热膨胀匹配问题。而钯膜与陶瓷或玻璃热膨胀失配是造成钯膜工作温度下开裂、剥离的主要原因之一。另外,钯膜在工作状态下,长时间处于300-450℃温度下,这就会造成钯膜晶粒长大粗化,进而在钯膜层形成针孔缺陷等,造成钯膜失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钯/陶瓷复合薄膜,该复合薄膜具有膜基结合强度高,膜层高温结构稳定的特点。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种钯/陶瓷复合薄膜,该复合薄膜负载于多孔载体上,该复合薄膜由金属钯或钯合金与陶瓷复合而成,其中钯或钯合金的体积占比为30-99%。
其中,所述多孔载体为多孔玻璃、多孔陶瓷和多孔金属中的一种或两种以上。
钯合金元素为Ag、Y、Au、Cu、Pt、In和Ru中的一种或两种以上。
所述陶瓷为Al2O3、SiO2、ZrO2和Cr2O3中的一种或两种以上。
所述复合薄膜采用物理气相沉积法制备;优选采用磁控溅射法制备,通过同时溅射钯或钯合金靶和陶瓷靶而获得所述复合薄膜。
本发明的优点在于:
本发明通过对钯膜与陶瓷进行复合,一方面使陶瓷颗粒弥散分布于连续的钯或钯合金中,对钯晶界起到钉扎作用,增加钯晶粒高温晶粒长大和粗化的难度;另一方面,陶瓷的引入可以起到调节钯膜热膨胀系数的作用,降低钯膜与陶瓷或玻璃的热膨胀失配,提高钯膜的高温结构稳定性。
附图说明
图1为多孔金属载体表面钯/陶瓷复合薄膜的结构示意图。
图2为多孔陶瓷或玻璃载体表面钯/陶瓷复合薄膜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,但本发明不局限于以下实施例。
作为本发明的一种实施方式,如图1所示,为多孔金属载体表面钯/陶瓷复合薄膜的结构示意图,在多孔金属1表面形成多孔陶瓷层2,再在多孔陶瓷层上形成钯/陶瓷复合薄膜3。
作为本发明的另一种实施方式,如图2所示,多孔陶瓷或玻璃载体表面钯/陶瓷复合薄膜的结构示意图。在多孔陶瓷或玻璃4表面直接形成钯/陶瓷复合薄膜3。
实施例1
多孔氧化铝上钯/氧化铝复合薄膜的制备
在3英寸多孔氧化铝片上制备钯/氧化铝复合薄膜。采用金属钯、氧化铝靶材,金属钯采用直流电源供电,氧化铝采用射频电源供电,Ar作为起辉气体。当背底真空优于2×10- 4Pa后,在溅射室中用Ar等离子体轰击清洗15分钟。通过同时溅射钯靶和氧化铝靶获得钯/氧化铝复合薄膜,溅射腔气压为0.9Pa,靶基距为100mm,钯溅射功率为250W,氧化铝的溅射功率为100W,沉积时间为2小时。采用扫描电子显微镜测试,钯/氧化铝复合薄膜的厚度为2.5微米,金属钯体积含量为95%。
所制备的钯/氧化铝复合薄膜在700℃氢气氛下保温72小时,复合薄膜无针孔、开裂等缺陷产生,氦漏率优于10-9Pa·m3/s。
实施例2
多孔不锈钢上钯铜/氧化锆复合薄膜的制备
在3英寸多孔不锈钢片上制备钯铜/氧化铝复合薄膜,钯铜合金中铜含量为40wt%。采用钯铜合金(铜含量40wt%)、氧化铝靶材,钯铜合金采用直流电源供电,氧化铝采用射频电源供电,Ar作为起辉气体。当背底真空优于2×10-4Pa后,在溅射室中用Ar等离子体轰击清洗15分钟。通过同时溅射钯铜和氧化铝靶获得钯铜/氧化铝复合薄膜,溅射腔气压为0.85Pa,靶基距为100mm,钯铜溅射功率为250W,氧化铝的溅射功率为150W,沉积时间为5小时。采用扫描电子显微镜测试,钯铜/氧化铝复合薄膜的厚度为6微米,钯铜体积含量为85%。
所制备的钯铜/氧化锆复合薄膜在700℃氢气氛下保温72小时,复合薄膜无针孔、开裂等缺陷产生,氦漏率优于10-9Pa·m3/s。
实施例3
多孔玻璃上钯银/氧化铬复合薄膜的制备
在3英寸多孔玻璃片上制备钯银/氧化铬复合薄膜,钯银合金中银含量为23wt%。采用钯银合金(银含量40wt%)、氧化铬靶材,钯银合金采用直流电源供电,氧化铬采用射频电源供电,Ar作为起辉气体。当背底真空优于2×10-4Pa后,在溅射室中用Ar等离子体轰击清洗15分钟。通过同时溅射钯银和氧化铬靶获得钯银/氧化铬复合薄膜,溅射腔气压为0.85Pa,靶基距为100mm,钯银溅射功率为100W,氧化铬的溅射功率为250W,沉积时间为5小时。采用扫描电子显微镜测试,钯银/氧化铬复合薄膜的厚度为3微米,钯银体积含量为85%。
所制备的钯银/氧化铬复合薄膜在600℃氢气氛下保温72小时,复合薄膜无针孔、开裂等缺陷产生,氦漏率优于10-9Pa·m3/s。
Claims (6)
1.一种钯/陶瓷复合薄膜,该复合薄膜负载于多孔载体上,其特征在于,该复合薄膜由金属钯或钯合金与陶瓷复合而成,其中钯或钯合金的体积占比为30-99%。
2.根据权利要求1所述的钯/陶瓷复合薄膜,其特征在于,所述多孔载体为多孔玻璃、多孔陶瓷和多孔金属中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的钯/陶瓷复合薄膜,其特征在于,钯合金元素为Ag、Y、Au、Cu、Pt、In和Ru中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的钯/陶瓷复合薄膜,其特征在于,所述陶瓷为Al2O3、SiO2、ZrO2和Cr2O3中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的钯/陶瓷复合薄膜,其特征在于,所述复合薄膜采用物理气相沉积法制备。
6.根据权利要求5所述的钯/陶瓷复合薄膜,其特征在于,采用磁控溅射法制备,通过同时溅射钯或钯合金靶和陶瓷靶而获得所述复合薄膜。
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