[发明专利]一种金属多孔膜管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属多孔管及其制备方法，具体涉及一种用于石油、化工、能源、环保、食品、制药等领域的过滤、分离、流体分布、传质传热的金属多孔膜管及其制备方法。

背景技术

金属多孔材料是一类具有明显孔隙特征的金属材料(孔隙率最大可达98％)，由于孔隙的存在而呈现出一系列有别于金属致密材料的特殊功能，广泛应用于冶金机械、石油化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业实现技术突破不可或缺的关键材料。

随着现代工业技术的发展，对金属多孔材料的要求越来越高。在过滤分离领域，要求过滤精度高、透过性能好。而多孔材料的透过性能与过滤精度和材料的厚度成反比，国标GB/T6886中，过滤精度5μm(效率为99.9％)的多孔材料，相对透气系数为18m³/(m²·KPa·h)，远不能满足大透过量的要求。要保证过滤精度的同时提高透过性能，采用梯度孔结构是首选方案，即将精度控制层的厚度尽可能减小。这种梯度孔结构的金属多孔材料也称为金属多孔膜材料。

通常，金属多孔膜由2～3层不同孔径层构成，粗孔层是支撑层，一般有2～5mm厚，主要是保证材料有一定的强度和大的透过量，细孔层是精度控制层，厚度在10～500μm范围，孔径在0.01～10μm之间。德国GKN公司制备的金属多孔膜管的过滤性能最好，过滤精度3μm(效率为98％)时的相对透气系数为68m³/(m²·KPa·h)，该膜管是采用湿粉喷射沉积(wet powder spraying)成膜技术。该技术难于控制精度控制层的厚度和精度控制层的均匀性，而且当支撑体的孔径较大，精度控制层孔径较小时，烧结后精度控制层易出现裂纹、起皮或局部脱落等现象，往往需要制备一个过渡层甚至多个过渡层避免以上现象发生。国内隋贤栋等发明了用离心成形方法制备多孔无层界梯度金属膜管(CN1686599A)，实现了精度控制层的均匀与孔结构的梯度变化。但膜管是在致密管内壁一次成型后从致密管中脱除，厚度为1～5mm，太薄坯料不能脱出，太厚时管内外壁烧结收缩不能同步或降低膜管的透过性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以同时实现高过滤精度和大透过量的金属多孔膜管。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属多孔膜管，其特征在于在较大孔径的多孔金属支撑管内壁附着一层细孔精度控制层，所述精度控制层的厚度小于500μm，孔径小于10μm，过滤精度为3μm以上，相对透气系数大于70m³/m²·h·Kpa。

本发明的另一目的是提供一种烧结后精度控制层不会出现裂纹、起皮或局部脱落等现象的金属多孔膜管的制备方法，其特征在于制备过程为：

步骤一、根据多孔金属支撑管的孔径和精度控制层孔径的要求，选择粒度为2.7μm不锈钢粉末或-500目钛或镍粉末，将所述粉末和分散剂混合配成料浆，料浆中的粉末浓度为0.05-0.1g/mL；分散剂为聚乙烯醇胶体，所述胶体是由聚乙烯醇和水按照1～10∶100的质量比配制而成。

步骤二、用塑料包覆多孔金属支撑管外壁，密封多孔金属支撑管一端，将步骤一配好的料浆从多孔金属支撑管另一端装入多孔金属支撑管中，然后密封多孔金属支撑管另一端，将多孔金属支撑管固定在离心分级沉积机的离心筒体内；

步骤三、启动离心分级沉积机，旋转速度在3000-6000转/分，旋转时间100-300分钟；

步骤四、将带有离心沉积细孔层的多孔金属支撑管从离心筒体中取出，干燥，烧结，得到成品膜管。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明金属多孔膜管为带支撑体的内壁多孔膜管，精度控制层厚度小于500μm。

(2)本发明的金属多孔膜管具有高精度、大透过量，过滤精度为3μm时的相对透气系数大于70m³/m²·h·Kpa。

(3)本发明的成形方法利用离心沉积技术，离心过程中料浆中的粉末依据重量不同由粗粉到细粉依次沉积，精度控制层孔径的梯度可通过粉末粒度及粒度组成来控制，精度控制层厚度可以通过粉末重量来控制。

(4)本发明方法根据精度控制层孔径大小与支撑管孔径大小的情况，配置粉末粒度，形成由多孔支撑体与过滤精度控制层组成的整体膜管。