一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了属于无机膜材料技术领域的一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜及其制备方法。本发明专利技术中钯银/氧化钛复合薄膜负载于多孔载体上，钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金的体积百分比为30％‑99％，钯银合金中银的重量百分比为20％～30％；其中钯银/氧化钛复合薄膜通过在多孔载体表面同时溅射钯银合金靶和氧化钛陶瓷靶获得。本发明专利技术提供的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜高温下稳定性强，无针孔和开裂等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜及其制备方法
本专利技术属于无机膜材料
，特别涉及一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
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。多孔玻璃和多孔陶瓷基体脆性大，密封连接可靠性低，其使用受到了一定限制。多孔金属可以避免玻璃与陶瓷的易碎问题，可以通过焊接方式实现密封连接，其可靠性较高。但是，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，钯膜在使用过程中存在与陶瓷层的热膨胀匹配问题。而钯膜与陶瓷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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜及其制备方法，具体技术方案如下：一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜具体为：所述钯银/氧化钛复合薄膜负载于多孔载体上；所述钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金的体积百分比为30％-99％，所述钯银合金中银的重量百分比为20％～30％。所述钯银/氧化钛复合薄膜的厚度为1-20微米，优选为3-10微米。所述多孔载体为表面涂覆氧化钛层的多孔金属。所述多孔金属材质为不锈钢、钛、镍基合金，优选为多孔316不锈钢、多孔镍铬铝合金。所述氧化钛层的厚度为10-20微米。所述钯银/氧化钛复合薄膜利用物理气相沉积法制备，优选采用磁控溅射法制备，具体为通过同时溅射钯银合金靶和氧化钛陶瓷靶获得。所述多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜的制备方法包括以下步骤：(1)在多孔金属表面涂覆氧化钛层作为过渡层；(2)采用钯银合金靶、氧化钛陶瓷靶，同时在步骤(1)得到的多孔金属表面溅射钯银合金靶和氧化钛陶瓷靶，得到钯银/氧化钛复合薄膜。所述步骤(2)中溅射沉积时间为4-7小时。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过将钯银合金膜与氧化钛陶瓷进行复合，一方面使氧化钛陶瓷颗粒弥散分布于连续的钯银合金中，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，氧化钛陶瓷的引入可以起到调节钯银合金膜热膨胀系数的作用，降低钯银合金膜与氧化钛陶瓷过渡层的热膨胀失配，提高钯膜的高温结构稳定性。附图说明附图1为本专利技术提供的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜结构示意图；标号说明：1-多孔金属；2-多孔氧化钛过渡层；3-钯银/氧化钛复合薄膜。具体实施方式本专利技术提供了一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜及其制备方法，下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明。根据附图1所示的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜结构示意图，在多孔金属1表面涂覆一层氧化钛形成多孔氧化钛过渡层2，钯银/氧化钛复合薄膜3负载于多孔氧化钛过渡层2上。多孔氧化钛过渡层2作为过渡层阻挡多孔金属1与钯银/氧化钛复合薄膜3高温下的元素互扩散。实施例1多孔不锈钢表面钯银/氧化钛复合薄膜的制备，具体为：先在3英寸多孔不锈钢片表面涂覆一层氧化钛作为过渡层，得到表面改性的多孔载体；然后在表面改性后的3英寸多孔不锈钢片上制备钯银/氧化钛复合薄膜：采用钯银合金(银含量27wt％)靶材、氧化钛靶材，钯银合金采用直流电源供电，氧化钛采用射频电源供电，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。通过同时溅射钯银合金靶材和氧化钛靶，获得钯银/氧化钛复合薄膜，溅射腔气压为0.85Pa，靶基距为100mm，钯银溅射功率为50W，氧化钛的溅射功率为120W，沉积时间为7小时。采用扫描电子显微镜测试，钯银/氧化钛复合薄膜的厚度为3微米，钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金体积含量为35％。将所制备的多孔不锈钢表面钯银/氧化钛复合薄膜置于700℃氢气氛下保温72小时，复合薄膜无针孔和开裂等缺陷，氦漏率优于10-9Pa·m3/s。实施例2多孔不锈钢表面钯银/氧化钛复合薄膜的制备，具体为：先在3英寸多孔不锈钢片表面涂覆一层氧化钛作为过渡层，得到表面改性的多孔载体；然后在表面改性后的3英寸多孔不锈钢片上制备钯银/氧化钛复合薄膜：采用钯银合金(银含量27wt％)靶材、氧化钛靶材，钯银合金采用直流电源供电，氧化钛采用射频电源供电，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。通过同时溅射钯银合金靶材和氧化钛靶，获得钯银/氧化钛复合薄膜，溅射腔气压为0.85Pa，靶基距为100mm，钯银溅射功率为400W，氧化钛的溅射功率为120W，沉积时间为4小时。采用扫描电子显微镜测试，钯银/氧化钛复合薄膜的厚度为8微米，钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金体积含量为95％。将所制备的多孔不锈钢表面钯银/氧化钛复合薄膜在700℃氢气氛下保温72小时，复合薄膜无针孔和开裂等缺陷，氦漏率优于10-9Pa·m3/s。实施例3多孔镍铬铝合金表面钯银/氧化钛复合薄膜的制备，具体为：先在3英寸多孔镍铬铝片表面涂覆一层氧化钛作为过渡层，得到表面改性的多孔载体；然后在表面改性后的3英寸多孔镍铬铝片上制备钯银/氧化钛复合薄膜：采用钯银合金(银含量23wt％)靶材、氧化钛靶材，钯银合金采用直流电源供电，氧化钛采用射频电源供电，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。通过同时溅射钯银合金靶材和氧化钛靶，获得钯银/氧化钛复合薄膜，溅射腔气压为0.85Pa，靶基距为100mm，钯银溅射功率为100W，氧化钛的溅射功率为250W，沉积时间为5小时。采用扫描电子显微镜测试，钯银/氧化钛复合薄膜的厚度为3微米，钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金体积含量为85％。将所制备的多孔镍铬铝表面钯银/氧化钛复合薄膜在600℃氢气氛下保温72小时，复合薄膜无针孔和开裂等缺陷，氦漏率优于10-9Pa·m3/s。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜，其特征在于，所述钯银/氧化钛复合薄膜负载于多孔载体上；所述钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金的体积百分比为30％‑99％，所述钯银合金中银的重量百分比为20％～30％。

【技术特征摘要】
1.一种多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜，其特征在于，所述钯银/氧化钛复合薄膜负载于多孔载体上；所述钯银/氧化钛复合薄膜中钯银合金的体积百分比为30％-99％，所述钯银合金中银的重量百分比为20％～30％。2.根据权利要求1所述的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜，其特征在于，所述钯银/氧化钛复合薄膜的厚度为1-20微米。3.根据权利要求1所述的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜，其特征在于，所述钯银/氧化钛复合薄膜的厚度为3-10微米。4.根据权利要求1所述的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜，其特征在于，所述多孔载体为表面涂覆氧化钛层的多孔金属。5.根据权利要求4所述的多孔载体表面钯银/氧化钛复合薄膜，其特征在于，所述多孔金属材质为不锈钢、钛、镍基合金。6.根据权利要求4所述的多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，吕琴丽，王树茂，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11