CN111298659A

CN111298659A - 一种复合金属陶瓷的生产工艺

Info

Publication number: CN111298659A
Application number: CN201911231653.XA
Authority: CN
Inventors: 俞健; 杨佳辉
Original assignee: Nanjing Shu Yi Hui Scientific Instruments Co ltd
Current assignee: Nanjing Shu Yi Hui Scientific Instruments Co ltd
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明公开了一种复合金属陶瓷的生产工艺：具体步骤如下：将金属粉末放入由管式陶瓷膜、耐高温刚性管式外模及封头组成的模具内，在真空或还原气氛下高温烧结，卸去外模形成一种复合金属陶瓷材料。本发明制备的复合金属陶瓷材料具体抗热震性能好、机械强度高，将封头与金属粉末直接烧结在一起可以有效避免焊接密封性不好的问题，并且将原陶瓷材料的使用温度可从150°C提高900°C度，大大提高的陶瓷材料的应用领域。

Description

一种复合金属陶瓷的生产工艺

技术领域

本发明涉及的材料属于化工分离的膜分离领域，涉及一种带有多孔金属及金属连接件的高性能的复合金属陶瓷过滤材料，尤其是涉及一种复合金属陶瓷膜分离材料的生产工艺。

背景技术

多孔陶瓷膜陶瓷膜具有分离精度高、化学稳定性好、耐菌、耐高温、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势。然而陶瓷材料性脆，韧性较差，不耐冲击，因此，在高温高压等化工分离领域限制了其广泛应用。

目前，针对陶瓷膜机械强度的研究主要集中在陶瓷材料的改进上，专利CN104387111B公开了一种高强度陶瓷膜支撑体的制备方法，该陶瓷膜支撑体的强度是由高度致密化的以刚玉颗粒和原位生成的莫来石晶须为增强相的复相陶瓷材料提供，而孔径和孔隙率则由具有纤维状或片状结构的在高温下完全烧失的植物造孔材料进行调控。

通常陶瓷金属复合膜是以大孔金属为支撑体，在其表面制备陶瓷涂层。CN102836642B在刚性外模内壁预制一层陶瓷涂层，然后把金属粉末填装于刚性外模和弹性内模之间的空腔，通过共烧将陶瓷涂层烧结在金属支撑体外表面，陶瓷涂层的厚度可以达到几十微米，故该复合膜具有高强度、高通量、高过滤精度等特性。制备陶瓷涂层的主要方法有喷涂、刷涂、负压抽吸等。常见的金属膜制备材料有不锈钢、钛合金及镍等，热膨胀系数分别为15*10^-6、10*10^-6和13*10^-6 /K左右，陶瓷材料的热膨胀系数6-8*10^-6左右，由于两者材料热膨胀差异较大，膜层的附着力是一个较大的问题。

发明内容

本发明的目的是利用模具成型技术在陶瓷膜管外制备一层多孔金属，利用金属的良好机械性，提高陶瓷膜的机械强度。同时利用金属粉末的可烧结性与金属连接件进行对接，有效实现陶瓷与金属期间的对接。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合金属陶瓷的生产工艺，步骤为：将金属粉末放入由管式陶瓷膜、耐高温管式刚性外模及金属封头组成的模具内，在真空或还原气氛下高温烧结，卸去外模形成带有多孔金属层和金属封头的复合金属陶瓷材料。

所述金属粉末材质为钛、钛合金或不锈钢，平均粒径为50~500 μm。

所述的耐高温管式刚性外模材质为钼合金、钨合金或陶瓷。

所述耐高温管式刚性外模外径10-300 mm，壁厚1-10 mm。

所述陶瓷膜孔径为2-1000 nm。

所述陶瓷膜外径6-260 mm，壁厚1-10 mm。

所述封头为金属加工件，材质与金属粉末材质一致，为钛、钛合金或不锈钢。

所述封头一端有外螺纹，内径为4-240 mm；所述封头另一端为锥形设计，最大外径为8-280 mm，最小外径和内径相同，为6-260 mm。

所述还原气氛为氢气、氩气或氦气。

所述高温烧结温度为900~1400 °C，保温时间为0.1~20 h。

有益效果

本发明工艺生产的复合金属陶瓷材料兼具陶瓷膜材料的高过滤精度等特点，又具备多孔金属的机械强度高；将带锥面的金属加工件与金属粉末一起烧结，省去金属材料需焊接密封的步骤，并且其连接强度和密封性高于焊接；也省去了传统陶瓷膜采用橡胶材料密封的问题，使用温度可从150 °C提高到了900 °C。

附图说明

图1 复合金属陶瓷生产模具示意图。 1.管式刚性外模；2.封头；3.管式陶瓷膜；4.金属粉末。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明，但是需要指出的是，本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制，而是由权利要求书来确定。

实施例1

1.陶瓷膜选用φ6*1 mm，孔径为100 nm，刚性外模选用φ10*1 mm陶瓷管，

封头选用不锈钢材质，带螺纹端内径4 mm，带锥面端外径8 mm，内径6 mm，其中将粒径为50 μm的不锈钢粉末放入由陶瓷膜、刚性外模及封头组成的模具内。

2. 在氢气气氛下高温烧结，烧结温度为900 ℃，保温0.1h，冷却取出后卸去刚性外模即可得到复合膜。

实施例2

1.陶瓷膜选用φ260*10 mm，孔径1000nm，刚性外模选用φ300*10 mm钼

合金管，封头选用不锈钢材质，带螺纹端内径240 mm，带锥面端外径280 mm，内径260mm，其中将粒径为500 μm的不锈钢粉末放入由陶瓷膜、刚性外模及封头组成的模具内。

2. 在氦气气氛下高温烧结，烧结温度为1400 ℃，保温20 h，冷却取出后卸去刚性外模即可得到复合膜。

实施例3

1. 陶瓷膜选用φ16*2 mm，孔径50 nm，刚性外模选用φ25*2 mm陶瓷管，封头选用金属钛，带螺纹端内径12 mm，带锥面端外径21 mm，内径16 mm，其中将粒径为100 μm的钛粉放入由陶瓷膜、刚性外模及封头组成的模具内；

2. 在氩气气氛下高温烧结，烧结温度为1200 ℃，保温6 h，冷却取出后卸去刚性外模即可得到复合膜。

实施例4

1. 陶瓷膜选用φ40*4 mm，孔径20 nm，刚性外模选用φ50*2 mm钨合金管，封头选用不钛合金，螺纹端内径32 mm，带锥面端外径48 mm，内径40 mm，其中将粒径为300 μm的钛合金粉末放入由陶瓷膜、刚性外模及封头组成的模具内；

2. 在氢气气氛下高温烧结，烧结温度为1200 ℃，保温6 h，冷却取出后卸去刚性外模即可得到复合膜。

Claims

1.一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于具体步骤：将金属粉末放入由管式陶瓷膜、耐高温管式刚性外模及金属封头组成的模具内，在真空或还原气氛下高温烧结，卸去外模形成带有多孔金属层和金属封头的复合金属陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述金属粉末材质为钛、钛合金或不锈钢，平均粒径为50~500 μm。

3.根据权利要求1所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述的耐高温管式刚性外模材质为钼合金、钨合金或陶瓷。

4.根据权利要求1或3所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述耐高温管式刚性外模外径10-300 mm，壁厚1-10 mm。

5.根据权利要求1所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述陶瓷膜孔径为2-1000 nm。

6.根据权利要求1或5所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述陶瓷膜外径6-260 mm，壁厚1-10 mm。

7.根据权利要求1所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述封头为金属加工件，材质与金属粉末材质一致，为钛、钛合金或不锈钢。

8.根据权利要求1或7所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述封头一端有外螺纹，内径为4-240 mm；所述封头另一端为锥形设计，最大外径为8-280 mm，最小外径和内径相同，为6-260 mm。

9.根据权利要求1所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述还原气氛为氢气、氩气或氦气。

10.根据权利要求1所述的一种复合金属陶瓷的生产工艺，其特征在于所述高温烧结温度为900~1400 °C，保温时间为0.1~20 h。