一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法，涉及陶瓷复合膜领域。该复合膜，包括：陶瓷复合层、金属粉末过渡层和多孔金属基体；所述的金属粉末过渡层设置在陶瓷复合层和多孔金属基体之间。本发明专利技术还提供一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法，该方法通过研磨分散一体机制备金属粉末过渡层、陶瓷层涂覆浆料，有效解决超细金属、陶瓷粉末在浆料中易团聚的问题，负压上粉形成厚度均匀的膜层后再通过烧结成型的方式制得最终复合多孔膜层，本发明专利技术的制备过程可控性高，制备得到的复合膜孔隙均匀、一致性好、表面缺陷少，且复合层结合强度高，耐温性能好。耐温性能好。耐温性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷复合膜领域，尤其涉及一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]现如今，随着科学技术的不断发展，在生物、医药、电子设备等领域，对滤材性能提出了更高的要求，微小化、高精度、高强度、强耐腐蚀性成为了滤材开发的重点研究方向。通常情况下，金属多孔材料的过滤精度很难到达纳米级别或亚微米级别，难以满足各种苛刻工况下的气固/液固分离，而陶瓷膜材料由于其特殊的物理化学特性，孔径可做到纳米级别，实现纳米级的过滤效果。故为了兼有金属膜的高机械强度以及陶瓷膜高分离精度的优点，提出金属
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陶瓷复合膜，以多孔金属为基体、多孔陶瓷为膜层的复合材料。金属
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陶瓷复合多孔材料兼具金属的可加工性、优良的密封性和陶瓷的耐热、耐腐蚀性的优点，提高了材料的机械性能和与环境相容性，拓宽了材料在高温腐蚀和其它苛刻环境的应用。
[0003]常见的制备金属陶瓷复合材料的方法包括阳极氧化法、磁控溅射法、化学气相沉积法和溶胶凝胶法。阳极氧化法通过将金属多孔基体置于电解液中发生阳极氧化反应，在基体表面生成氧化过渡层，再将氧化物粉末涂覆于过渡层上烘干烧结制得金属陶瓷复合滤膜；磁控溅射法属物理气相沉积的一种，通过电场和磁场的作用将靶材粒子溅射并沉积在基材表面，形成多孔膜状结构；化学气相沉积法是将含有目标沉积元素的气相化合物在常压或真空条件下与多孔基材发生化学反应产生包含薄膜元素的氧化物或氮化物等固态物质，沉积在多孔基材表面形成多孔涂层；化学气相沉积适用于在形状复杂的零件表面或内孔镀膜，针对某一个表面进行沉积时较为困难，且沉积效率较低，容易产生缺陷。溶胶凝胶法是较为常规的制备金属陶瓷复合材料的方法，利用陶瓷氧化物溶胶涂覆于金属多孔基材表面，或将金属基材置于溶胶中通过提拉的方式成膜，后进行干燥固化形成凝胶。
[0004]在公开的专利CN201110393344.X中，提供了一种金属基陶瓷复合滤膜的制备方法，在多孔金属基体表面制备多孔金属膜层，后浸入电解液中进行阳极氧化获得过渡层，再将氧化物陶瓷浆料涂覆于制备好的过渡层上，烘干后烧结得到多孔陶瓷滤膜。该方法可用于制备包覆陶瓷膜的金属多孔材料，但对于基材类型的选择具有一定局限性，特别是管式膜形成某一特定表面膜层的情况不易实现，且电解氧化反应所需控制因素较多，难以保证特殊结构类型基材表面氧化过渡层的均匀性、一致性。如专利CN201510097165.X“一种在金属载体表面制备多孔氧化物薄膜的方法”，将清洗并去除表面氧化皮的金属载体表面涂覆所要制备的多孔氧化物和氧化物溶胶混合浆料，干燥后再还原气氛下进行保温烧结，通过在氧化物溶胶中添加氧化物粉末的方式改善成膜性能，缩短膜层干燥时间。此方法操作简单易实现，成膜效率高，但膜层耐温性较差，与基体的结合强度相对较低，高温下易出现开裂、脱落的问题。又如公开的专利技术专利CN201611101271.1，提供了一种多孔陶瓷金属梯度复合膜的制备方法，将粒径连续变化的金属、陶瓷混合粉体制备成悬浮溶液，利用沉降速度的不同，在多孔基体表面沉积得到梯度膜层，后进行热处理并烧结得到成型的多孔陶瓷梯度
复合膜。该方法减缓了烧结过程中不同部位收缩程度不同造成的开裂，但膜层与基体之间无过渡层，且陶瓷膜层中会存在粒度较细的金属粉末，难以保证烧结后陶瓷层与金属基体的结合强度，以及膜层在错流过滤工况中的使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有的陶瓷复合膜使用过程中易分层开裂，易脱落，且涂覆涂层不连续，成膜后表面有缺陷的问题，而提供一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术首先提供一种多孔金属基陶瓷复合膜，包括：
[0008]陶瓷复合层、金属粉末过渡层和多孔金属基体；
[0009]所述的金属粉末过渡层设置在陶瓷复合层和多孔金属基体之间。
[0010]优选的，所述的多孔金属基体选用孔径范围在5μm
‑
50μm，材质选用304、310S或316L中的一种。
[0011]优选的，所述的金属粉末过渡层为孔径0.5
‑
5μm的亚微米级金属涂层，材质选用304、310S或316L中的一种。
[0012]优选的，所述的陶瓷复合层选用原料粉末孔径范围在15
‑
200nm，材质选用T iO2、SiO2或Al2O3中的一种。
[0013]优选的，所述的多孔金属基体的厚度为1
‑
3mm，金属粉末过渡层厚度为＜200μm，陶瓷复合层厚度为100
‑
500nm。
[0014]本专利技术还提供上述多孔金属基陶瓷复合膜的制备方法，包括：
[0015]步骤一：将金属粉末加入水溶性有机添加剂中搅拌均匀得到金属粉末过渡层浆料；
[0016]步骤二：将步骤一得到的金属粉末过渡层浆料涂覆在多孔金属基体表面，干燥后在真空烧结炉中进行氧化烧结，在多孔金属基体表面形成金属粉末过渡层；
[0017]步骤三：将陶瓷氧化物粉末加入水溶性有机添加剂中搅拌均匀得到陶瓷层浆料；
[0018]步骤四：将步骤三得到的陶瓷层浆料涂覆在步骤二的金属粉末过渡层表面，干燥后进行烧结，得到多孔金属基陶瓷复合膜。
[0019]优选的，所述的步骤二中，真空烧结炉的真空度为5
×
10
‑3‑9×
10
‑3Pa，氧化烧结温度为700
‑
1000℃，时间为2
‑
4h。
[0020]优选的，所述步骤一和步骤三的水溶性有机添加剂包括聚乙烯醇、甲基纤维素、聚乙二醇、丙三醇或邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。
[0021]优选的，所述步骤四中烧结温度为500
‑
900℃，烧结时间为2
‑
4h。
[0022]优选的，所述步骤二和步骤四的涂覆方式为负压上粉或灌浆。
[0023]本专利技术的有益效果
[0024]1.膜层均匀连续，表面缺陷少
[0025]本专利技术提供一种多孔金属基陶瓷复合膜及其制备方法，该方法通过研磨分散一体机制备金属粉末过渡层、陶瓷层涂覆浆料，有效解决超细金属、陶瓷粉末在浆料中易团聚的问题，负压上粉形成厚度均匀的膜层后再通过烧结成型的方式制得最终复合多孔膜层，制
备过程可控性高，孔隙均匀、一致性好、表面缺陷少。
[0026]2.复合层结合强度高，耐温性能好
[0027]本专利技术实验对比了本专利技术方法制备的金属陶瓷复合膜层与溶胶凝胶法制备的金属陶瓷复合膜层的结合强度，通过压痕法测试得到在膜层在施加相同压载负荷的情况下，本专利技术设计方法制备的金属陶瓷复合膜层无任何变化，但溶胶凝胶法制备的膜层已发生明显的磨损脱落。同时，实验对比了两种方法制备的金属陶瓷复合膜在400℃下的耐温性能，经过连续2小时耐温对比发现，溶胶凝胶法制备的膜层已本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔金属基陶瓷复合膜，其特征在于，包括：陶瓷复合层(1)、金属粉末过渡层(2)和多孔金属基体(3)；所述的金属粉末过渡层(2)设置在陶瓷复合层(1)和多孔金属基体(3)之间。2.根据权利要求1所述的一种多孔金属基陶瓷复合膜，其特征在于，所述的多孔金属基体(3)选用孔径范围在5μm
‑
50μm，材质选用304、310S或316L中的一种。3.根据权利要求1所述的一种多孔金属基陶瓷复合膜，其特征在于，所述的金属粉末过渡层(2)为孔径0.5
‑
5μm的亚微米级金属涂层，材质选用304、310S或316L中的一种。4.根据权利要求1所述的一种多孔金属基陶瓷复合膜，其特征在于，所述的陶瓷复合层(1)选用原料粉末孔径范围在15
‑
200nm，材质选用TiO2、SiO2或Al 2
O3中的一种。5.根据权利要求1所述的一种多孔金属基陶瓷复合膜，其特征在于，所述的多孔金属基体(3)的厚度为1
‑
3mm，金属粉末过渡层(2)厚度为＜200μm，陶瓷复合层(1)厚度为100
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500nm。6.根据权利要求1所述的多孔金属基陶瓷复合膜的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：将金属粉末加入水溶性有机添加剂中搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴颖，贺云鹏，林士玉，张玉，闫立松，马仓，杨军军，贾婷婷，
申请(专利权)人：安泰环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：