CN116283300A - 一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜及其制备方法 - Google Patents

一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于陶瓷膜制备的技术领域，涉及一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜及其制备方法。本发明公开了一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，所述基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜从内到外依次包括数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体、数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层、数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层；所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括50～60份碳化硅颗粒Ⅰ、5～10份碳化硅颗粒Ⅱ、2～10份碳化硅前驱体、20～40份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂；所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅前驱体的占比为3～8％。本发明还公开了一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的制备方法。

Description

一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜及其制备 方法
技术领域
本发明属于陶瓷膜制备的技术领域，涉及一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜及其制备方法。
背景技术
膜分离技术在制药工业、生物工程、食品工业、生物废水等领域具有重要应用价值，尤其为医药废水、生物废水的处理提供了绝佳途径。在诸多膜材料中，陶瓷膜是以宏孔多孔陶瓷为支撑体、微孔多孔陶瓷为过滤层的过滤分离材料，由于其兼有耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、渗透性好、分离通量大等优点，被广泛应用于环保、化工、生物、医药等领域。但是，陶瓷膜制备成本高、膜组件易腐蚀等问题限制了其广泛应用。因此，制备低成本、耐腐蚀陶瓷膜是解决陶瓷膜应用发展滞缓的关键。
传统的陶瓷膜制备过程往往通过多步涂覆-干燥-烧结赋予非对称膜高选择性和高渗透性。制备过程中，首先通过挤出或压制成型制备支撑体以提供机械强度；然后在支撑体上涂覆中间层，中间层的作用是防止分离层的颗粒穿透支撑层的大孔隙；最后在中间层上继续涂覆分离层，经干燥、烧结制得陶瓷膜。因此，传统的制备过程通常需要三步甚至多步烧结才能获得完整的陶瓷膜，导致制备周期长、生产成本高。
最近，增材制造技术愈来愈多地应用于膜材料制备中，与传统的膜制造技术相比增材制造具有制备周期短、过程简、效率高的特点，引起了越来越多的关注。特别是，基于数字光处理(DLP)的陶瓷打印技术在材料尺寸精度、表面光洁度和整体打印质量方面具有明显的优势。在陶瓷膜制备方面，数字光处理技术通过逐层打印二维结构构筑复杂构型陶瓷膜，再通过浸渍-涂覆-固化制备梯度分离层，有望明显缩短陶瓷膜制备周期，降低生产成本和能耗。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种可缩短陶瓷膜制备周期，且高效高精度的制备方法及制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，所述基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜从内到外依次包括数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体、数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层、数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层；
所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括50～60份碳化硅颗粒Ⅰ、5～10份碳化硅颗粒Ⅱ、2～10份碳化硅前驱体、20～40份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂；
所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅前驱体的占比为3～8％。
作为优选，所述基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜带有碳化硅导流槽。
作为优选，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅颗粒的总质量、碳化硅前驱体、紫外光敏树脂的质量比为(10～15)：1：(2～7)。
进一步优选，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅颗粒Ⅰ、碳化硅颗粒Ⅱ的质量比为(5～9)：1。
作为优选，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料包括15～30份碳化硅颗粒Ⅱ、2～5份碳化硅前驱体、60～70份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂。
进一步优选，碳化硅颗粒Ⅱ、碳化硅前驱体、紫外光敏树脂质量比为(4～10)：1：(11～25)。
进一步优选，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料中碳化硅前驱体的占比为3～6％。
作为优选，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料包括15～25份碳化硅颗粒Ⅲ、75～85份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂。
进一步优选，碳化硅颗粒Ⅲ、紫外光敏树脂的质量比为1：(2～6)。
作为优选，所述碳化硅颗粒Ⅰ的平均粒径为10～30μm，纯度大于99％；所述碳化硅颗粒Ⅱ的平均粒径为1～5μm，纯度大于99％；碳化硅颗粒Ⅲ的平均粒径为0.1～0.5μm，纯度大于99％。
支撑体中采用两种粒径的碳化硅颗粒的目的是通过粗细颗粒合理搭配提高素坯的堆积密度，中间层采用粒径中等的碳化硅颗粒的目的是在大孔径支撑体和小孔径分离层之间形成过渡，分离层采用粒径为0.1～0.5μm的碳化硅颗粒的目的是在分离层中形成0.05～0.3μm的孔。
作为优选，所述紫外光敏树脂为质量比为(2.5～3.5)：1的光敏树脂Ⅰ、光敏树脂Ⅱ的复配。
进一步优选，所述光敏树脂Ⅰ为1，6-己二醇二丙烯酸酯，光敏树脂Ⅱ为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
作为优选，所述碳化硅前驱体为液态聚碳硅烷。
进一步优选，所述液态聚碳硅烷的分子量为500～1500。
作为优选，所述光引发剂是二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
作为优选，所述颗粒分散剂为聚乙二醇。
作为优选，所述中间层、分离层的厚度比为(2～3)：1。
作为优选，所述基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的分离精度为0.1～0.5μm。
本发明还公开了一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的制备方法，所述制备方法包括：
S1、建立带有碳化硅导流槽的碳化硅平板陶瓷膜支撑体三维CAD模型并设置参数；
S2、将数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料球磨混合得支撑体用光固化浆料，将碳化硅陶瓷膜支撑体用光固化浆料倒入打印机液料槽中逐层打印，得数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯；
S3、将数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料混合球磨得中间层用光固化浆料，通过浸渍将其涂覆于数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯表面，取出后紫外光照射固化中间层；
S4、将数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料混合球磨得分离层用光固化浆料，通过浸渍将其涂覆在中间层表面，紫外光照射固化分离层，得数字光处理碳化硅陶瓷膜素坯；
S5、将数字光处理碳化硅陶瓷膜素坯干燥、脱脂、烧结，得基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜。
作为优选，所述步骤S2逐层打印中单层固化厚度为30～45μm。
作为优选，所述支撑体用光固化浆料的固含量为60～70wt.％。
进一步优选，所述支撑体用光固化浆料中碳化硅前驱体的含量为5～10wt.％。
作为优选，所述中间层用光固化浆料的固含量为17～35wt.％。
进一步优选，所述中间层用光固化浆料中碳化硅颗粒Ⅱ的含量为15～30wt.％，碳化硅前驱体的含量为2～5wt.％。
作为优选，所述分离层用光固化浆料中固含量为15～25wt.％。
作为优选，所述步骤S2中逐层打印曝光强度为20～30mW/cm2；曝光时间为10～30s。
作为优选，所述步骤S5中脱脂温度为400～800℃，时间为1333～4000分钟，升温速率为0.1～0.3度/分钟。
作为优选，所述步骤S5中烧结温度为1800～2000℃，保温时间为1～3h；当温度≤1000℃时升温速率0.5～1.0℃/min，当温度>1000℃时升温速率为1.0～2.0℃/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用数字光处理技术能够成型复杂形状平板陶瓷膜，从而优化内部通道、提高渗透效率；并且采用数字光处理技术能够在支撑体上直接成型中间层和分离层，节约时间。
2、本发明的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜带有碳化硅导流槽，能够直接连接出水管，避免了传统平板陶瓷膜连接塑料导流槽导致的平板膜与倒流槽胶结强度低、胶结处耐酸碱腐蚀性差的问题。
3、本发明通过在支撑体、中间层原料体系中加入碳化硅前驱体聚碳硅烷，聚碳硅烷热解后产生高活性碳化硅，这些活性碳化硅作为烧结助剂使支撑体和中间层具有较高的机械强度，通过调控聚碳硅烷的含量使得支撑体与中间层、分离层具有相同的烧结温度，实现了一次共烧，相比于支撑体素坯挤出成型-烧结、中间层浸渍涂覆-烧结、分离层浸渍涂覆-烧结减少了两次烧结过程，因此显著缩短了制备周期、降低了生产能耗。
4、相比于挤出法制得的支撑体需要烧结才能获得较高机械强度，本发明通过调控曝光强度和曝光时间控制层厚的数字光处理碳化硅陶瓷膜素坯，本身具有一定的机械强度，可以不经烧结继续涂覆中间层和分离层。
5、本发明的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜在应用时可实现0.1～0.5μm的分离精度。
附图说明
图1为本发明制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜结构图。
图2为本发明实施例1制得的碳化硅陶瓷膜支撑体素坯的形貌图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
建立带有碳化硅导流槽的碳化硅平板陶瓷膜支撑体三维CAD模型，图1为结构图；并设置参数。
称取数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料：55份碳化硅颗粒Ⅰ(粒径14μm)、8份碳化硅颗粒Ⅱ(粒径3μm)、5份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)；加入球磨机，球磨均匀，支撑体用光固化浆料固含量为68wt.％；倒入打印机液料槽中逐层打印，每层厚度为40μm，曝光强度为22mW/cm2；曝光时间为15s；得到数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯。
图2为制得的数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯的形貌图。
称取数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料：22份碳化硅颗粒Ⅱ、4份液态聚碳硅烷、48份1，6-己二醇二丙烯酸酯，16份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)；加入球磨机，球磨均匀，中间层用光固化浆料固含量为26wt.％；将上述支撑体素坯浸渍于中间层用光固化浆料中15s，取出后紫外光固化。
称取数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料：17份碳化硅颗粒Ⅲ(粒径0.2μm)、60份1，6-己二醇二丙烯酸酯，20份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)；加入球磨机，球磨均匀，分离层用光固化浆料固含量为17wt.％；将上述包裹中间层的素胚浸渍于分离层用光固化浆8s，取出后紫外光固化。
然后将素胚干燥后，转移至真空烧结炉中，升温速率为0.2℃/min完成脱脂；然后进行烧结，以0.8℃/min的速度升至1000℃，改变升温速率为1.6℃/min至2000℃，保温2h。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的支撑体厚度为300μm，中间层厚度为50μm，分离层厚度为20μm。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的断裂强度为64Mpa；过滤精度为0.15μm；纯水通量1600L/(m2·h)(压差0.2bar)。
实施例2
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：51份碳化硅颗粒Ⅰ、5份碳化硅颗粒Ⅱ、6份液态聚碳硅烷、18份1，6-己二醇二丙烯酸酯，7份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)；加入球磨机，球磨均匀，支撑体用光固化浆料固含量为62wt.％；倒入打印机液料槽中逐层打印，每层厚度为40μm，曝光强度为22mW/cm2；曝光时间为15s；得数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例3
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：52份碳化硅颗粒Ⅰ、7份碳化硅颗粒Ⅱ、9份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例4
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：57份碳化硅颗粒Ⅰ、9份碳化硅颗粒Ⅱ、2份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例5
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：63份碳化硅颗粒Ⅰ、5份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例6
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：63份碳化硅颗粒Ⅱ、5份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例7
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料包括：20份碳化硅颗粒Ⅱ、6份液态聚碳硅烷、48份1，6-己二醇二丙烯酸酯，16份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例8
与实施例1相比，区别在于数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料包括：24份碳化硅颗粒Ⅱ、2份液态聚碳硅烷、48份1，6-己二醇二丙烯酸酯，16份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例9
与实施例1相比，区别在于支撑体、中间层、分离层中的碳化硅均仅为碳化硅颗粒Ⅰ；具体包括：
数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：63份碳化硅颗粒Ⅰ、5份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)；
数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料：22份碳化硅颗粒Ⅰ、4份液态聚碳硅烷、48份1，6-己二醇二丙烯酸酯，16份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)；
数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料：17份碳化硅颗粒Ⅰ、60份1，6-己二醇二丙烯酸酯，20份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例10
与实施例1相比，区别在于支撑体、中间层、分离层的碳化硅均仅为碳化硅颗粒Ⅱ；具体包括：
数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括：63份碳化硅颗粒Ⅱ、5份液态聚碳硅烷、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)；
数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料：22份碳化硅颗粒Ⅱ、4份液态聚碳硅烷、48份1，6-己二醇二丙烯酸酯，16份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)；
数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料：17份碳化硅颗粒Ⅱ、60份1，6-己二醇二丙烯酸酯，20份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
实施例11
与实施例1相比，区别在于支撑体、中间层中均不加入聚碳硅烷；具体包括：
数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料：58份碳化硅颗粒Ⅰ、10份碳化硅颗粒Ⅱ、19份1，6-己二醇二丙烯酸酯，6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、3份聚乙二醇(PEG-6000)；
称取数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料：26份碳化硅颗粒Ⅱ、48份1，6-己二醇二丙烯酸酯，16份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3份二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2份聚乙二醇(PEG-6000)。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
对比例1
与实施例1相比，区别在于没有中间层和分离层；具体包括将逐层打印获得的数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯，直接干燥、脱脂、烧结。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
对比例2
与实施例1相比，区别在于没有中间层；具体包括将逐层打印获得的数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
对比例3
与实施例1相比，区别在于支撑体中采用的碳化硅颗粒为50份碳化硅颗粒Ⅰ、8份碳化硅颗粒Ⅱ、5份碳化硅颗粒Ⅲ。
制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的具体性能见表1。
表1、基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的性能数据表
断裂强度(Mpa) 过滤精度(μm) 纯水通量L/(m2·h)(压差0.2bar)
实施例1 64 0.15 1600
实施例2 67 0.22 2150
实施例3 78 0.34 1800
实施例4 60 0.18 1750
实施例5 36 4.23 22000
实施例6 120 0.42 2900
实施例7 71 0.11 1400
实施例8 61 0.23 2000
实施例9 35 4.83 25000
实施例10 115 0.50 3400
实施例11 31 0.36 2200
对比例1 55 3.52 18000
对比例2 59 0.31 2400
对比例3 72 0.13 1500
根据上表可知，本发明实施例1～2制得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜具有较好的断裂强度和过滤精度。
实施例3中支撑体中聚碳硅烷含量过多，导致支撑体孔隙率降低、生产成本增加；实施例4中支撑体中聚碳硅烷含量过少，导致支撑体强度降低；实施例7中间层中聚碳硅烷含量过多，导致过滤精度变小、渗透通量降低；实施例8中间层聚碳硅烷含量过少，导致中间层与支撑体和分离层的结合强度过低，制约平板陶瓷膜的使用寿命；实施例11支撑体、中间层中不加入聚碳硅烷，导致中间层自身强度过低、中间层与支撑体和分离层的结合强度过低，制约平板陶瓷膜的使用寿命。
综上所述，本发明采用数字光处理技术能够成型复杂形状平板陶瓷膜，从而优化内部通道、提高渗透效率；并且采用数字光处理技术能够在支撑体上直接成型中间层和分离层，之后可一步共烧，节约时间；获得的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜具有高过滤精度和高机械性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，所述基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜从内到外依次包括数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体、数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层、数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层；
所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料包括50～60份碳化硅颗粒Ⅰ、5～10份碳化硅颗粒Ⅱ、2～10份碳化硅前驱体、20～40份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂；
所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅前驱体的占比为3～8％。
2.根据权利要求1所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅颗粒的总质量、碳化硅前驱体、紫外光敏树脂的质量比为(10～15)：1：(2～7)。
3.根据权利要求1所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料中碳化硅颗粒Ⅰ、碳化硅颗粒Ⅱ的质量比为(5～9)：1。
4.根据权利要求1所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料包括15～30份碳化硅颗粒Ⅱ、2～5份碳化硅前驱体、60～70份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂。
5.根据权利要求4所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，碳化硅颗粒Ⅱ、碳化硅前驱体、紫外光敏树脂质量比为(4～10)：1：(11～25)。
6.根据权利要求1所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，所述数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料包括15～25份碳化硅颗粒Ⅲ、75～85份紫外光敏树脂、1～6份光引发剂、1～3份颗粒分散剂。
7.根据权利要求1所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜，其特征在于，所述基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的分离精度为0.1～0.5μm。
8.一种如权利要求1所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、建立带有碳化硅导流槽的碳化硅平板陶瓷膜支撑体三维CAD模型并设置参数；
S2、将数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体的原料球磨混合得支撑体用光固化浆料，将碳化硅陶瓷膜支撑体用光固化浆料倒入打印机液料槽中逐层打印，得数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯；
S3、将数字光处理碳化硅陶瓷膜中间层的原料混合球磨得中间层用光固化浆料，通过浸渍将其涂覆数字光处理碳化硅陶瓷膜支撑体素坯表面，取出后紫外光照射固化中间层；
S4、将数字光处理碳化硅陶瓷膜分离层的原料混合球磨得分离层用光固化浆料，通过浸渍将其涂覆在中间层表面，紫外光照射固化分离层，得数字光处理碳化硅陶瓷膜素坯；
S5、将数字光处理碳化硅陶瓷膜素坯干燥、脱脂、烧结，得基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜。
9.根据权利要求8所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述支撑体用光固化浆料中碳化硅前驱体的含量为5～10wt.％；所述中间层用光固化浆料中碳化硅颗粒Ⅱ的含量为15～30wt.％，碳化硅前驱体的含量为2～5wt.％。
10.根据权利要求8所述的基于数字光处理的一步共烧碳化硅平板陶瓷膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中烧结温度为1800～2000℃，时间为1～3h；当温度≤1000℃时升温速率0.5～1.0℃/min，当温度>1000℃时升温速率为1.0～2.0℃/min。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060493A (ja) * 2003-08-11 2005-03-10 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化ケイ素系分離膜およびその製造方法
WO2005108470A1 (de) * 2004-05-03 2005-11-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Polysilan-polycarbosilan-copolymer-lösungen und daraus hergestellte sauerstoffarme keramische formkörper mit zusammensetzungen nahe sic
EP1975138A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-01 Ibiden Co., Ltd. Method for manufacturing porous silicon carbide sintered body
US20180169588A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Korea Institute Of Machinery & Materials CERAMIC MEMBRANE FOR WATER TREATMENT USING OXIDATION-TREATED SiC AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
CN108261928A (zh) * 2018-01-26 2018-07-10 山东理工大学 纯碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法
CN111804159A (zh) * 2020-07-08 2020-10-23 山东理工大学 一种基于流延成型的碳化硅晶须强化碳化硅陶瓷分离膜及其制备方法
WO2022068109A1 (zh) * 2020-09-29 2022-04-07 三达膜科技（厦门）有限公司 一种高通量抗污染陶瓷过滤膜及其制备方法
CN115385719A (zh) * 2022-07-11 2022-11-25 南京工业大学 一种紫外光固化制备陶瓷膜的方法
US20240033690A1 (en) * 2021-04-25 2024-02-01 Nanjing Hanssen Material Technology Co., Ltd. High-flux silicon carbide ceramic filter membrane and preparation method thereof

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005060493A (ja) * 2003-08-11 2005-03-10 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化ケイ素系分離膜およびその製造方法
WO2005108470A1 (de) * 2004-05-03 2005-11-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Polysilan-polycarbosilan-copolymer-lösungen und daraus hergestellte sauerstoffarme keramische formkörper mit zusammensetzungen nahe sic
EP1975138A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-01 Ibiden Co., Ltd. Method for manufacturing porous silicon carbide sintered body
US20180169588A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Korea Institute Of Machinery & Materials CERAMIC MEMBRANE FOR WATER TREATMENT USING OXIDATION-TREATED SiC AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
CN108261928A (zh) * 2018-01-26 2018-07-10 山东理工大学 纯碳化硅陶瓷膜元件及其制备方法
CN111804159A (zh) * 2020-07-08 2020-10-23 山东理工大学 一种基于流延成型的碳化硅晶须强化碳化硅陶瓷分离膜及其制备方法
WO2022068109A1 (zh) * 2020-09-29 2022-04-07 三达膜科技（厦门）有限公司 一种高通量抗污染陶瓷过滤膜及其制备方法
US20240033690A1 (en) * 2021-04-25 2024-02-01 Nanjing Hanssen Material Technology Co., Ltd. High-flux silicon carbide ceramic filter membrane and preparation method thereof
CN115385719A (zh) * 2022-07-11 2022-11-25 南京工业大学 一种紫外光固化制备陶瓷膜的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUANG LI ET AL.: "tuning microstructures and separation behaviors of pure silicon carbide membranes", CERAMIC INTERNATIONAL, vol. 45, no. 15, 15 October 2019 (2019-10-15), pages 18788 - 18794, XP085774957, DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.06.107 *
李红伟;梁俊平;尉楠;王伟;: "低温烧结制备高气体渗透率的多孔碳化硅陶瓷研究", 中国陶瓷, no. 10, 5 October 2015 (2015-10-05) *

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